Основные виды и особенности трубчатых водопропускных сооружений в транспортном строительстве

Водопропускные трубы (водопроводящие, водоотводные, водосбросные или перепускные) используются для пропуска временных и постоянных водотоков под транспортной магистралью, при пересечении различных преград (овраги, водоёмы, заливы, каналы, канавы и пр.), для вывода воды из бессточных понижений местности и с территорий, ограниченных кольцевыми испытательными дорогами на автомобильных треках и полигонах; перепуска поверхностных вод под дорогой с верховой стороны косогора на низовую; под съездами и переездами. Таким образом, трубы обеспечивают пропуск воды через препятствие в виде земляного полотна дороги для исключения его подтопления и подмыва, что может привести к его разрушению и созданию опасной ситуации на транспортном участке.
Следует отметить, что трубы являются одним из наиболее массовых видов искусственных сооружений на дорогах и составляют порядка 75...95% общего количества малых водопропускных сооружений на автомобильных дорогах и 40...45% стоимости общих затрат на постройку искусственных сооружений. Только на трассе БАМа было построено около 2 тыс. труб. В настоящее время их число на железных дорогах в районах с различным рельефом местности составляет 0,3...0,9 трубы, а на автомобильных - примерно 1,4 трубы на 1 км трассы.
К транспортным искусственным водопропускным сооружениям помимо труб, располагающихся в теле земляного полотна дороги (насыпи, плотины, дамбы), относятся мостовые сооружения (мосты, путепроводы, виадуки, эстакады, акведуки, экодуки, селепроводы), тоннели, дюкеры, галереи, фильтрующие и переливные насыпи, комбинированные фильтрующие сооружения, применяемые на дорогах низших категорий (IV или V) так же, как канавы, лотки различные комплексы водоотводных устройств, отводящих воду с проезжей части дороги и разделительных полос. Отметим лишь, что в зависимости от площади прилегающего водосборного бассейна, который определяет объем притока воды все водопропускные дорожные сооружения условно делят на малые, средние и большие. К малым относятся водопропускные сооружения, через которые проходит объем воды с водосборной площади до 100 км2. Обычно их длина составляет менее 25 м. К средним относятся сооружения через водотоки с водосборной площадью 100...250 км2, а большие (крупные) - более 250 км2. Такие водопропускные сооружения имеют протяжённость соответственно 25...100 м и свыше 100 м. По количеству возводимых сооружений, а также по суммарному объему работ, выполняемых при строительстве, наибольшее распространение получили малые и средние водопропускные сооружения.
Стоимость малых водопропускных сооружений составляет около 8...15% общей стоимости автомобильных дорог с усовершенствованным покрытием. В среднем на каждые 2 км автомобильной дороги приходится одно водопропускное сооружение. Правильность выбора типа водопропускного сооружения и корректное обоснование его габаритных размеров играют основополагающую роль для повышения надёжности автомобильных дорог, снижения сметной стоимости их строительства и повышения индустриализации процесса транспортного строительства в заданном регионе.
Водопропускные трубы имеют ряд преимуществ по сравнению с малыми мостами:
- сохранение постоянного типа покрытия полотна дороги или строения железнодорожного пути и, следовательно, повышение комфортабельности проезда;
- труба в насыпи не нарушает целостности земляного полотна;
- менее жёсткие требования, чем у малых мостов к плану и продольному профилю автодорог;
- трубы могут применяться на любых сочетаниях элементов плана и продольного профиля трассы, различных углах пересечения водотока, благодаря чему не меняются условия движения автомобилей;
- трубчатые сооружения индустриальны, поскольку почти все их элементы могут быть изготовлены в заводских условиях;
- широкая механизация при их сооружении;
- достаточно экономичны, требуют меньшего расхода материалов на строительство и пониженные затраты на содержание и ремонт, по сравнению с мостом;
- невысокая трудоемкость строительства;
- при высоте засыпки над трубой более 2 м влияние временной нагрузки на сооружение снижается, а по мере увеличения этой высоты практически теряет свое значение, т.е. высота насыпи может быть любой;
- допускают более высокие скорости течения воды в сооружении, поэтому их пропускная способность может быть выше, чем у мостовых переходов;
- на малых мостах нередко меняют тип покрытия и увеличивают габариты по ширине для обеспечения безопасности движения, а подмостовые русла укрепляют. Поэтому устройство малых мостов целесообразно в тех случаях, когда трубы не могут обеспечить пропуск расчетного расхода под автомобильной дорогой.
Все это привело к необходимости проектирования и строительства большого количества труб и замене ими малых мостов. Если на автомобильных дорогах Европейской части России, построенных до 1900 г., трубы составляли 46,3% общего количества труб и малых мостов, то на дорогах, построенных в конце XX века, уже 88...93%. Малые мосты оказываются экономически целесообразными при малых высотах насыпей и относительно больших расходах воды через их пролёты. Кроме того, большая мутность водного потока может привести к быстрому заилению труб, что ограничивает их применение в таких условиях.
Водопропускные трубы классифицируются по ряду признаков:
- наличию и конструкции отдельных элементов (оголовков, стыковых соединений и пр.);
- форме и размеру поперечного сечения;
- гидравлическому режиму работы и характеру протекания воды;
- материалу труб;
- способу укладывания трубы;
- несущей способности;
- уклону дна трубы;
- количеству отверстий;
- числу ярусов труб;
- длине звеньев и ширине выходного оголовка труб.
Трубчатые водопропускные сооружения состоят из трёх основных участков: верхового, представленного понуром и входным оголовком; среднего, включающего одну или несколько труб и дорогу; низового, в состав которого входят оголовок со стороны нижнего бьефа, водобой, гасители, рисберма и концевое устройство. Из них в качестве основных элементов можно выделить входной и выходной оголовки, водопроводящая (средняя) часть или тело трубы, фундамент, подводящее и отводящее русло (рис. 1.1).

Иногда, при пересечении с дорогой низшей категории, например, полевой, трубчатые сооружения, пропускающие малые расходы, могут иметь упрощённую конструкцию - без оголовков и устройств нижнего бьефа.
Подводящее русло обеспечивает организованный подвод воды к головной части сооружения. Его можно делать как облицованным, так и необлицованным: примыкающие к трубам участки каналов или водотоков со стороны обоих бьефов крепят чаще всего монолитным бетоном или сборными плитами.
В зависимости от рельефа склона подводящий участок выполняют в виде канала, быстротока, водоприёмного колодца, расчищенной площадки или пруда. При этом для равнинных водопропускных труб должно соблюдаться несколько условий:
- характер движения потока на подводящем участке должен быть спокойным, безотрывным, с нормальным направлением линий тока по отношению к водосливному фронту;
- на подходе потока к головной части сооружения должно быть обеспечено равномерное распределение удельных расходов;
- при наличии косого подхода к водосливному фронту следует проектировать специальные устройства в виде направляющих стенок или струенаправляющих дамб; при необходимости на входе устраивают сороудерживающие конструкции различного типа.
По способу укладывания трубопроводы бывают открытые, укладываемые на поверхность земли, и засыпанные - в траншеях, туннелях, галереях, укладываемые так, чтобы к ним был обеспечен свободный доступ. Засыпанные трубопроводы применяются чаще, чем открытые. Они конструктивно проще и дешевле открытых, так как часто не имеют бетонных опор и компенсаторов, их проще совмещать с переездом. Больше половины всех засыпанных труб сооружают под насыпями высотой до 3 м, 85% труб - под насыпями высотой до 6 м. Менее 10% труб расположено под насыпями высотой более 10 м, 50 % труб - под насыпями высотой менее 4 м. Средняя высота насыпи у труб 5,4 м.
По несущей способности трубы подразделяют на 3 группы. Первая соответствует расчетной высоте засыпки грунтом, равной 2,0 м, вторая - 4,0 м, третья - более 6,0 м.
По характеру протекания воды трубы могут работать в безнапорном, полунапорном и напорном (частично-напорном) режимах. Возвышение высшей точки внутренней поверхности трубы в поперечном сечении над поверхностью воды при максимальном расходе расчетного паводка и безнапорном режиме работы (рис. 1.2) должно быть в свету:
- в круглых трубах высотой до 3 м не менее 0,25 высоты трубы, а свыше 3 м - не менее 0,75 м;
- в прямоугольных трубах высотой до 3 м не менее 1/6 высоты трубы, свыше 3 м - не менее 0,5 м.

Различают водопропускные трубы равнинного типа и косогорные (рис. 1.3). При малых уклонах местности (до 0,02 для гладких труб) они работают по типу равнинных. Таких сооружений на сети дорог более 80...85%, причем подавляющее число сооружений имеет уклоны, близкие к критическим для гладких труб (ік = 0,005...0,01). Перед равнинной трубой в расчетных условиях обычно формируется пруд, откуда происходит истечение спокойного потока в трубу.

При значительных уклонах местности устраивают косогорные трубы. Попадающий в трубу поток находится в спокойном или бурном состоянии. В последнем случае для обеспечения спокойного потока на входе в трубу устраивают водоприемный колодец.
По форме поперечного сечения трубы могут быть круглые, прямоугольные, овоидальные, эллиптические, арочные, полицентрические. Достаточно редко они могут иметь треугольную и трапецеидальную формы (только деревянные) и пр. (рис. 1.4). В основном на дорогах эксплуатируют: круглые трубы - 87%, прямоугольные - 9%, прочие - 4%.
По основному строительному материалу различают трубчатые сооружения: бетонные; железобетонные; металлические (чугунные, стальные); из полимербетона (рис. 1.5) и полимерных материалов; из местных материалов (дерева, камня, бамбука и др.).
В зависимости от технологии возведения бетонные сооружения могут быть: монолитными; сборными, сборно-монолитными. Они до сих пор находят широкое применение и по данным на 2009 г. на автомобильных дорогах примерно 95% составляли круглые и прямоугольные железобетонные трубы (рис. 1.6). Обычно их сооружают из сборных унифицированных железобетонных элементов заводского изготовления.

Средняя часть трубы часто разделена на звенья, установленные на фундамент, объединяющий их в секции, или на грунтовую подушку. При несущей способности грунта основания более 1,5 кг/см2 круглые трубы укладывают непосредственно на него, 1,5...0,8 кг/см2 - монтируют на предварительно уложенные сборные железобетонные плиты или лекальные фундаментные блоки, 0,8...0,2 кг/см2 - под трубами отсыпают слой песчаного грунта не менее 1 м.
Около 90% железобетонных труб имеют отверстие не более 2,5 м, 50% - менее 1,2 м. В настоящее время круглые трубы на автодорогах применяют с диаметрами отверстий: 0,5; 0,75; 1,0; 1,25; 1,5 и 2,0 м (рис. 1.6а), а прямоугольные с размерами отверстий: 2,0x2,0 м; 2,5x2,0 м; 3,0x2,5 м и 4,0x2,5 м, реже с шириной отверстия в свету: 1,0; 1,25 и 1,5 м и до 6 м (рис. 1.6б). Наибольшее распространение получили круглые железобетонные трубы диаметром до 1,5 м (78...80%). Длина звеньев труб составляет в соответствии с ГОСТ 24547-81 «Звенья железобетонные водопропускных труб под насыпи автомобильных и железных дорог»: для круглых - 1,0; 1,5 и 2,0 м; для прямоугольных - 0,75 и 1,0 м. По соглашению предприятия-изготовителя с потребителем и согласованию с проектной организацией допускается изготовление звеньев длиной 2,5...5 м с раструбным или фальцевым стыковым соединением.
Размеры отверстий труб определяются в зависимости от расчетного расхода водного потока и средней скорости течения воды, допустимой для грунта русла и типа его укрепления. Согласно действующим нормам, отверстие труб следует назначать на дорогах общей сети:
- не менее 1,0 м при длине трубы до 20 м;
- не менее 1,25 м при длине трубы 20 м и более.
Отверстие труб на дорогах, расположенных в суровых климатических условиях, следует назначать не менее 1,5 м независимо от длины трубы. В случае назначения отверстия трубы по ливневому стоку допускается учитывать аккумуляцию воды у сооружений. Уменьшение расходов в трубах вследствие учета аккумуляции допускается не более чем в 3 раза. При наличии вечномерзлых грунтов аккумуляция воды у труб не допускается.

Около 50% дорожных железобетонных труб, главным образом круглых, малых диаметров (0,5...0,75 м), работающих при небольших расходах и скоростях потока, имеют оголовки портального типа (рис. 1.7). Широкое распространение получили раструбные оголовки, состоящие из портальной стенки и двух открылков постоянной или переменной высоты, имеющие угол раструбности от 4° до 22°. Они обеспечивают более плавные условия входа водного потока в трубу и выхода из неё при любом режиме её работы.
Изготавливают также портальные стенки с проёмом, соответствующим отверстию примыкающего к нему звена трубы, и фундаментные блоки под звенья труб. Для труб с отверстием менее 1 м фундамент не устраивают.
Для улучшения пропускной способности труб без оголовков есть предложения размещения двух вариантов диафрагм (рис. 1.8).

При необходимости увеличения пропускной способности труб без повышения высоты насыпи наряду с одноочковыми трубами устраивают и многоочковые трубы. Для этого рядом укладывают несколько труб с одинаковыми отверстиями, а расход воды равномерно распределяется между ними. По данным, из экономических соображений устраивают одно- (82%), двух- (16%) и многоочковые (2%), причём круглые дорожные трубы чаще выполняют одно-, двух- и трёхочковыми, а прямоугольные - одно- и двухочковыми (рис. 1.6). Трубы с числом очков более четырех - шести в РФ практически не применяются, а заменяются малыми мостами. По числу ярусов дорожные трубы могут быть: одноярусные (рис. 1.6), многоярусные (рис. 1.18) или располагаться на разных отметках (рис. 1.9).
Из-за значительного сокращения долговечности железобетонных водопропускных труб в агрессивных условиях эксплуатации возникает вопрос о путях повышения их долговечности. В настоящее время наиболее эффективными способами увеличения долговечности водопропускных труб является использование фибробетона и гофрированного металла для изготовления труб.

Для оценки целесообразности использования металлических гофрированных труб в условиях Севера Западной Сибири при обеспеченной их долговечности Сибгипротрансом при участии СибЦНИИCa была построена опытная трехочковая труба с расположением очков в разных уровнях (рис. 1.10).
Три очка работают в период паводка, а в остальное время воду пропускает одна труба, расположенная в нижнем уровне. Это снижает возможность заиливания трубы, образования коррозии металла и значительно уменьшает опасность её полного закупоривания льдом.
Деревянные трубы в настоящее время строят в качестве временных сооружений на обходах, временных путях и т.п. Применяют деревянные и каменные трубы также при реконструкции сооружений, имеющих культурно-историческое значение (например, при реконструкции водных систем усадьб). Закрытые водопропускные сооружения малого диаметра (от 20 мм до 500...700 мм), используемые в дренажах, городских гидротехнических сооружениях, сооружениях дорожного водоотвода, в ландшафтных сооружениях и для водоснабжения, могут быть выполнены из асбестоцементных, синтетических полимерных материалов (полиэфирного стеклопластика, полимербетона, поливинилхлорида, полиэтилена). Для таких условий хорошо работают и металлополимерные трубы. Например, в странах Западной Европы в 2010 г. наблюдалась следующая картина использования труб для локальных сетей: сталь - 8,1%, медь - 43,2%, полимеры - 50,6%. В Восточной Европе соотношение несколько другое: сталь - 25%, медь -31,9%, полимеры - 43,1%.
В качестве водопропускных труб под дорогами и для поверхностных сетей ливневой канализации могут использоваться трубы из полимерных материалов: поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилена (ПЭ) высокой и средней плотности и полипропилена (ПП). Их гладкая внутренняя поверхность (в среднем коэффициент шероховатости в 20 раз меньше, чем у стали) обеспечивает пониженные гидравлические сопротивления и самоочищающую способность. Они имеют двухслойную конструкцию: гладкий внутренний слой и гофрированный наружный. В 70-х годах XX века были построены круглые водопропускные трубы из полиэфирного стеклопластика с наполнителем из стекловолокна. При этом использовались гофрированные листы толщиной 3...8 мм с двумя типоразмерами гофр: 139x50 и 194x70 мм. Трубы с отверстием 1 м выполнялись из трёх гофрированных элементов, а трубы диаметром 1 м и 2 м - из четырёх.
Конструктивно трубы из полимербетона с длиной звеньев 2...3 м аналогичны трубам из бетона с плоской подошвой. По характеру статической работы полимербетонные трубы занимают среднее положение между жёсткими из железобетона и гибкими из сборных металлических гибких конструкций. Они имеют жёсткие ограничения по рабочему давлению, а так же по максимальному диаметру трубы.
Одно- или многослойные трубы из полимерных материалов, полипропиленовых, армированных стекловолокном и из полимербетона обладают высокой стойкостью к агрессивным средам и водонепроницаемостью, малой массой, меньшей трудоёмкостью при монтаже, но имеют слабое сопротивление раздавливанию под пригрузом, что ограничивает их применение в транспортном строительстве. Такие трубы не подвержены коррозии, хорошо сопротивляются абразивному воздействию водного потока и с точки зрения коррозионной устойчивости срок их службы не ограничен. Их главный недостаток - склонность к старению из-за изменения физико-механических свойств со временем. Трубы из металлопластика дороже в 1,4...2,3 раза труб из полипропилена и в 2,3...2,9 раза - из поливинилхлорида.

В настоящее время полимерные трубы находят применение как за рубежом (из поливинилхлорида в Германии для труб диаметром до 2,7 м со спиральными ребрами (рис. 1.11) и длиной звена до 12 м, а из полиэтилена в США и Великобритании диаметром 30...120 см, потенциально до 300 см), так и в РФ. В России чаще используются спиральновитые трубы из полиэтилена трубных марок ПЭ100, ПЭ800, ПЭ63, которые изготавливаются методом навивания непрерывно производимого профиля на вращающийся цилиндрический барабан с одновременной сваркой смежных витков путём расплава. Длины отрезков таких труб от 0,5 до 13,5 м, диаметр - 0,5...2,4 м. Различные кольцевые жёсткости - SN2, SN4, SN6, SN8, SN12, SN16 (16000 Па) - позволяют прокладывать трубы ПЭ на рабочей глубине до 18 м. Группа компаний ViaCon (ВиаКон) выпускает пластиковые трубы PECOR -двухстенные гофрированные полиэтиленовые (PECOR Optima) (рис. 1.12) и полипропиленовые (PECOR Quattro) длиной 6 - раструбные и 7, 8, 9 м - безраструбные трубы диаметром от 0,2 до 1,2 м.
С 1975 г. в США начали возводить оребренные трубы коробового очертания из алюминиевых строительных листов. К 1984 г. в США находилось в эксплуатации около 1 тыс. алюминиевых труб коробового очертания с пролетами от 2,67 до 7,75 м, высотой от 0,76 до 3,2 м, с толщиной листов 4,5...5 мм (рис. 1.13а). Для уменьшения воздействия временной нагрузки были предложены бетонные разгрузочные плиты толщиной 19...24 см, укладываемые непосредственно на трубу или с засыпкой между трубой и плитой (рис. 1.13б).

Сегодня в мировом транспортном строительстве наиболее широкое применение получили стальные трубы из тонкого гофрированного металла (МГТ) - сталегрунтовые сооружения, относящиеся к типу бесфундаментных конструкций и работающие совместно с хорошо уплотнённой армогрунтовой обоймой, обладающей гибкостью, высокой прочностью конструкции и способностью воспринимать деформации без потери сплошности (рис. 1.14).

Сборные металлические гофрированные конструкции (СМГК или МГК) (рис. 1.15) имеют повышенную сейсмическую устойчивость по сравнению с бетонными конструкциями (рис. 1.16).

МГК в строительстве используются более 140 лет. Первые водопропускные металлические гофрированные трубы (МГТ) в замену деревянных были изготовлены в России в 1875 г. на Петербургском металлическом заводе. Первая укладка 470 м труб был выполнена на Закаспийской ж/д в 1887 г. военным министерством. К 1888 г. на Закаспийской железной дороге было уложено 1800 погонных метров оцинкованных водопропускных труб (несколько десятков объектов). До 1914 г. на железнодорожных и автомобильных дорогах юга и центра России было построено уже около 65 000 м металлических гофрированных трубчатых переходов - более 5000 объектов. Некоторая часть их находится в эксплуатации и сейчас.

За рубежом такие трубы впервые были построены на 10...15 лет позднее. В США в 1886 г. был получен первый патент на гофрированную трубу. СМГС широко применяются в Канаде, США, Африке, Японии, Франции, Англии, ФРГ, Италии (рис. 1.17) и других странах при строительстве транспортных и пешеходных тоннелей, водопропускных труб и переходов, дренажей и др.

В США (рис. 1.18) из общего количества существующих дорожных водопропускных труб бетонные трубы составляют 56%, МГТ -23,1%, полимерные трубы - 20,5% и прочие - 0,4%. В удаленных штатах с суровыми климатическими условиями металлические гофрированные водопропускные трубы составляют более половины из всех используемых. Так, на Аляске 75% труб - металлические гофрированные и 25% - полимерные, т.е. бетонные трубы вообще не используются.

До 1917 г. в России применялись круглые гофрированные трубы диаметром 0,53 м и 1,07 м. Ho затем их применение прекратилось. Перед началом Великой Отечественной войны в 1939 г. в бывш. СССР была сделана попытка повторного возрождения производства гофрированных труб. Полномасштабное применение МГТ получили лишь в Советском Союзе. Их стали активно использовать при строительстве объектов транспортной и промышленной инфраструктуры на крупных государственных стройках, таких, как Транссибирская магистраль, в суровых условиях строительства БАМа (в 70-х годах прошлого века). Примерно до 1980 г. в России при строительстве автомобильных, железных дорог и малых искусственных водопропускных сооружений диаметром 1...3 м использовались гофрированные трубы.
Начиная с середины 90-х годов, в нашей стране стали применяться МГТ диаметром более 3 м с использованием импортных поставок и конструктивных элементов. Следует отметить, что трубы с таким диаметром отличны по конструкции от меньших по размеру. Сейчас частично или целиком используют гофросистемы и МГТ больших размеров (3...15 м и более) (рис. 1.19) и многообразных форм поперечного сечения при решении различных водохозяйственных задач, возникающих при разработке проектов транспортных переходов на водотоках различного типа в разных уровнях (путепроводы) (рис. 1.20).

В РФ МГТ стали широко использовать в связи с промышленным освоением Севера и Востока и, прежде всего, со строительством БАМа, дорог в Западной Сибири и олимпийских объектов в Сочи. СМГК - оптимальный вариант для устройства водопропускной трубы, поскольку эта конструкция обеспечивает выбор формы и размеров поперечного сечения трубы в зависимости от гидрологических условий (рис. 1.21).

Разработаны типовые проекты круглых труб из СМГК с кольцевым гофром на диаметры 1,5; 2,5 и 3,0 м толщиной металла 1,5...2,5 мм с разными конструкциями оголовков, а для условий БАМа - рабочие чертежи таких труб отверстием 1,5 м и 2 м (рис. 1.22). По данным независимых источников объём предложений СМГК на российском рынке составил к 2015 г. около 50 тыс. т. Это указывает на актуальность разработки типовых проектов сооружений из СМГК в настоящее время. Более того, интенсификация строительства в нашей стране транспортных сооружений из гофрированного металла вызывает потребность в проектах повторного применения конструкций с использованием современных инновационных материалов и форм.
МГТ является наиболее простой и экономически выгодной альтернативой небольшого тоннеля или путепровода для проезда сельскохозяйственных машин и прохода животных, пересечения автодорог в разных уровнях. Благодаря своей форме сооружения свободно вписываются в ландшафт и городскую застройку, а грунтозасыпная структура позволяет оптимизировать проектный план и профиль дороги, не привязываясь к прямолинейным очертаниям железобетонных конструкций (рис. 1.23).

МГК при строительстве средних и малых мостов тоннельного типа экономят бюджет строительства за счет энергоэффективных технологий монтажа. Они могут использоваться самостоятельно либо в комплексе с традиционными бетонными конструкциями. В отличие от последних, металлоконструкции из гофра не требуют использования грузоподъемной техники и фундамента.
Опыт современного проектирования и строительства показывает, что при пересечении естественного малого водотока расходом 5...90 м3/с с автодорогой наиболее целесообразна установка полусферы или трубы большого размера из СМГК вместо применяемых обычно мостов различных типов (балочных, подкосных и т.п.). С появлением в конце 90-х годов практической возможности использования новых методов расчёта и проектирования МГК, усовершенствования технологии строительства, следом за зарубежными примерами и в России стали возводить сооружения не только в виде труб, но и арочных конструкций пролётом более 18...20 м (рис. 1.24). Арка из МГК является экономичной альтернативой малого моста (рис. 1.25). Такая форма конструкции не изменяет живое сечение потока, в большинстве случаев не нарушает его гидравлический режим и позволяет сохранить дно водотока в естественном состоянии. Эта конструкция незамкнутого типа используется также для эстакад и путепроводов (рис. 1.26).

В последнее время происходит прогрессирующее ухудшение состояния малых и средних мостов. Это связано с воздействием окружающей среды, физическим износом и старением материалов и конструкций, растущими объёмами автомобильных перевозок, повышением осевых нагрузок и скоростей движения транспорта. Многие из эксплуатируемых мостов находятся в неудовлетворительном состоянии и требуют капитального ремонта или реконструкции. Например, неудовлетворительное или аварийное состояние имеют 40% всех малых и средних мостов Новосибирской области. В этой связи в 1977 г. в СибЦНИИС были разработаны принципиальные решения комбинированных водопропускных труб (KT) с гофрированными металлическими структурами (рис. 1.27). При этом использовали освоенные в производстве элементы типовых круглых МГТ 2,0 и 3,0 м из гофрированных листов толщиной 2,5 мм с гофром 130х32,5 мм.

Комбинированные трубы, сочетая достоинства гибких гофрированных и жёстких бетонных или железобетонных труб, в значительной мере лишены многих недостатков, присущих этим конструкциям. Сравнение с подобными зарубежными трубами отверстием 1,5...3,0 м из элементов с гофром 150х50 мм показывает, что отечественные трубы имеют меньшую площадь поперечного сечения стенки на единицу её длины в 1,14...1,22 раза, а момент сопротивления - в 1,49...1,75 раза.
В настоящий момент используются три основных метода проведения работ при замене мостов или реконструкции старых разрушенных бетонных труб металлическими гофрированными трубами (рис. 1.28): разборка существующего сооружения с заменой на СМГК; установка в существующую конструкцию СМГК с последующим заполнением пазух бетонным раствором - метод гильзования (удлинение) или, как иногда называют, укрепление существующих объектов методом «релининга» (sleeving) (рис. 1.29); уширение существующей конструкции с помощью элементов СМГК. Метод релининга при использовании труб диаметром более 1,5 м позволяет сэкономить финансовые средства, по сравнению с другими бестраншейными методами восстановления трубопроводов и позволяет или полностью обойтись без земляных работ или существенно сократить их объём.

Согласно ДМД 02191.2.016-2008 методом гильзования можно восстанавливать частично или полностью разрушенные железобетонные водопропускные трубы как прямоугольные, так и сводчатого сечения без их замены (рис. 1.30. и 1.31).

Техника гильзования основана на введении внутрь объекта оболочки из гофрированных листов с последующим заполнением пространства между конструкциями бетоном или другой смесью, что позволяет создать монолитную конструкцию. Заполнитель можно вводить через отверстия в теле старого объекта или в технологические отверстия в конструкции из гофрированных листов, либо подачей через шланги бетононасосом непосредственно в зазор (рис. 1.32). При этом рекомендуется величину свободного пространства от внешнего контура трубы до существующего объекта принимать не менее 0,1...0,15 м.

Из гофрированных труб для релининга больше подходят спиральновитые металлические гофрированные трубы (СМГТ) (рис. 1.31). Это объясняется тем, что СМГТ выпускаются секциями (длиной до 13,5 м) и при монтаже соединяются на бандажах. Поэтому конструкция в целом получается жесткая. МГТ же с нормальным гофром собираются из отдельных конструктивных элементов на болтах и поэтому жесткость собранной конструкции пониженная. Использование СМГТ позволяет сократить и сроки строительства, поскольку время её монтажа минимальное. Анализ условий работы и технического состояния как вновь построенных, так и реанимированных объектов по указанной технологии свидетельствует о высокой эффективности применяемых в строительстве миксированных конструктивных систем «габионные структуры - гофрированные трубы» при замене традиционных конструкций мостов на трубы или удлинении существующих труб (рис. 1.33 и 134). Её долговечность увеличивается на 50 лет только за счет использования металлической гильзы.

Однако релининг имеет и недостаток, который заключается в том, что геометрические параметры гильзы меньше аварийной трубы, т.е. происходит замена большего по размерам закрытого водопропускного сооружения меньшим. Так, при замене круглой бетонной трубы d = 1,5 м на спиральновитую трубу d = 1,2 м при безнапорном расчетном режиме их работы с одинаковой степенью заполнения на входе уменьшение пропускной способности составит (1,5/1,2)в2,5 = 1,75, т.е. на 75%. Это и минимальное снижение пропускной способности, соответствующее минимально возможному уменьшению диаметра гофрированной трубы. При более значительном уменьшении диаметра снижение пропускной способности будет более существенным.
Поэтому новая труба из металлических гофрированных структур не может обеспечить пропуск расчетного расхода, на который была запроектирована гладкая труба, что рано или поздно приведет к аварийной ситуации и возможно к деформации или разрушению водопропускного сооружения или земляной насыпи.

Для недопущения этого и повышения надёжности работы всего искусственного водопропускного сооружения в целом необходимо предусмотреть мероприятия по увеличению пропускной способности гофрированной трубы, что можно сделать только за счет изменения условий её гидравлической работы при пропуске расчетного расхода.
Применение данной технологии не нарушает земляную насыпь и позволяет использовать остаточную несущую способность железобетонной конструкции. При ремонте существующих железобетонных конструкций в первую очередь осуществляется подбор подходящего сечения металлической гофрированной трубы. Работы по строительству таких искусственных водопропускных сооружений не изменяют существующие сложившиеся условия, поэтому не могут вызвать дополнительную эрозию земель в районе сооружения (рис. 1.35-1.37). Основным преимуществом метода является возможность проведения работ по усилению конструкции без замены водопропускного сооружения и остановки движения транспортных потоков. Метод позволяет или полностью обойтись без земляных работ или существенно ограничить их объём. Он не требует проведения работ по восстановлению дорожной одежды.

Замена традиционных мостовых переездов на металлические гофрированные трубы позволяет значительно снизить строительные затраты (рис. 1.38). Анализ условий работы и технического состояния как вновь построенных, так и реанимированных объектов по указанной технологии свидетельствует о высокой эффективности применяемых в строительстве миксированных конструктивных систем «габионные структуры - гофрированные трубы» при замене традиционных конструкций мостов на трубы. Используемые типовые конструктивные решения позволяют обеспечить гарантированный пропуск расхода величиной до 200...300 м3/с.

Выпуск супергофра SuperCor - листа глубокой гофрировки 380x140 мм (рис. 1.39), осуществлённый впервые в России в 2010 г. предприятием ЗАО «Гофросталь», стал толчком к устройству мостовых сооружений из гофрированных структур как закрытого, так и открытого типа в виде арочных конструкций различных размеров. До этого производство таких конструкций осуществлялось только на крупных предприятиях за рубежом. В результате изготовлены и построены десятки сооружений различных очертаний с пролетами от 12...15 м до 30 м в качестве водопропускных сооружений, путепроводов, пешеходных переходов и скотопрогонов, галерей и пр. (рис. 1.40). Особо следует выделить технологичность и экологическую чистоту строительства водопропускных сооружений из СМГК. Отсутствие или сведение к минимуму бетонных работ позволяет использовать их для обеспечения, сохранности и естественного производства рыбных запасов на природных водотоках и зарыблённых водоёмах.

При этом не происходит расширения используемых под строительство земель, что позволяет максимально сохранить ландшафт и гидрогеологический режим. В работах отмечается целесообразность строительства водопропусных сооружений на нерестовом водотоке с учётом специфики природоохранной зоны именно с использованием гофрированных труб или арок, поскольку наносимый рыбным запасам ущерб, в связи с коротким периодом строительства и отсутствием вредных для окружающей среды технологий, - минимален.

Поскольку самыми распространёнными конструкциями для искусственных сооружений на автодорогах в настоящее время являются сооружения из монолитного и сборного железобетона (круглые, прямоугольные трубы и балочные мосты разных типов), то в табл. Б8 приложения по материалам ОАО «Гофросталь» приведены сопоставительные данные по техническим и экономическим показателям сооружений из МГК. По мнению специалистов ОАО «Гофросталь», опыт проектирования и строительства водопропускных сооружений из МГК отечественного и зарубежного производства «однозначно» показывает экономическую эффективность устройства водопропускных труб и малых мостов из МГК через водотоки с расходами до 200 м3/с.