ПЕРЕХОД ДОРОГИ ЧЕРЕЗ МАЛЫЙ ВОДОТОК Российский патент 2007 года по МПК E01F5/00 

Изобретение относится к области строительства водопропускных сооружений и может быть использовано при сооружении железных и автомобильных дорог, особенно в районах распространения вечномерзлых грунтов и сильным снегопереносом.

Известен переход дороги через малый водоток, содержащий дорожную насыпь, расположенную на естественной поверхности грунта, и искусственное сооружение в виде моста (С.А.Попов и др. Мосты и тоннели. М., Транспорт, 1977, с.101-102, рис.70а). Мост позволяет свести к минимуму нарушения русла водотока в результате пересечения последнего дорогой. Однако стоимость моста высокая.

Известен переход дороги через малый водоток, содержащий дорожную насыпь, расположенную на естественной поверхности грунта, и искусственное сооружение в виде водопропускной трубы (Г.К.Евграфов. Мосты на железных дорогах. М., Трансжелдориздат, 1955, с.34).

Недостаток указанного технического решения заключается в том, что водопропускная труба существенно изменяет условия протекания воды. В пределах полости водопропускной трубы происходит строго зарегулированное течение воды, существенно отличающееся от естественных условий. В зоне оголовка происходит резкое скачкообразное изменение условий: расширение водотока, лоток трубы из металла или железобетона сменяется грунтовым основанием, в зоне сильного снегопереноса оголовок заносится снегом и т.п. В результате в этой зоне происходят размывы, протаивание вечномерзлых грунтов и следующие за этим просадки и другие деформации, которые либо нарушают нормальную эксплуатацию трубы, либо приводят вообще к ее выходу из строя.

Задача предлагаемого изобретения состояла в повышении эксплуатационной надежности водопропускных сооружений, возводимых в районах распространения вечномерзлых грунтов и сильным снегопереносом.

Для достижения указанного технического результата в переходе дороги через малый водоток, содержащем дорожную насыпь, расположенную на естественной поверхности грунта, и водопропускную трубу, состоящую из тела трубы и оголовка, водопропускная труба выполнена в виде одной или нескольких расположенных рядом или на расстоянии друг от друга основных труб, а оголовок выполнен в виде поперечной трубы, жестко соединенной с основными трубами и имеющей в боковой поверхности впускные отверстия, не совпадающие с торцами основных труб в направлении продольной оси последних и перепускные отверстия, совмещенные с торцами основных труб.

Кроме того, в русле водотока в зоне оголовка может быть уложен слой теплоизоляции, термическое сопротивление которого соответствует термическому сопротивлению деятельного слоя грунта в зоне оголовка, при этом основные параметры слоя теплоизоляции определяют по формулам:

с=2δ, м;

d=l+2с, м,

где с - ширина слоя теплоизоляции от внутренней поверхности поперечной трубы во внешнюю сторону от водопропускной трубы, м;

δ - глубина деятельного слоя, м;

d - длина теплоизоляции в направлении поперечной трубы, м;

l - длина поперечной трубы, м.

Сумма площадей впускных отверстий может быть равна сумме площадей перепускных отверстий. А торцы поперечной трубы могут быть заведены в тело насыпи.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображен переход дороги через малый водоток (план);

на фиг.2 изображен разрез А-А (фиг.1);

на фиг.3 изображено сечение Б-Б (фиг.1).

Переход дороги через малый водоток содержит тело 1 насыпи, расположенное на естественной поверхности 2 грунта, и водопропускную трубу 3. Водопропускная труба выполнена в виде одной или нескольких основных труб 4, расположенных рядом или на расстоянии друг от друга, а оголовок выполнен в виде поперечной трубы 5. Поперечная труба 5 имеет в боковой поверхности внешние отверстия 6, не совпадающие в плане с торцами основных труб 4. Поперечная труба 5 примыкает и жестко присоединена к основным трубам 4, при этом в месте соединения этих труб образуются перепускные отверстия 7. Соединение труб 4 и 5 должно быть водонепроницаемым. Для этого оно может быть выполнено, например, на сварке. Сумма площадей внешних отверстий 6 в общем случае должна быть не меньше суммы площадей перепускных отверстий 7. Но при определенных условиях отклонения от этого правила могут быть как в одну, так и в другую сторону. Торцы 8 поперечной трубы 5 могут быть заведены в насыпь 1. Однако может быть и другое техническое решение. Например, торцы 8 поперечной трубы могут использоваться как внешние отверстия 6.

При расположении водопропускной трубы на высокольдистых просадочных при оттаивании грунтах в зоне оголовка с внешней стороны поперечной трубы 5 может быть уложен слой теплоизоляции 9 толщиной h₂. Теплоизоляцию 9 укладывают на слой 10 уплотненного песчано-гравийного грунта и сверху покрывают защитным слоем 11 этого же грунта. Толщина h₁ и h₃ слоев 10 и 11 колеблется в пределах 30-50 см. В качестве теплоизоляции может быть использован, например, пеноплэкс. Термическое сопротивление теплоизоляции должно соответствовать термическому сопротивлению деятельного слоя "δ" грунта в зоне оголовка. Размеры теплоизоляции в плане определяют по формуле:

с=2δ, м;

d=l+2с, м,

где с - ширина теплоизоляции от внутренней поверхности поперечной трубы во внешнюю сторону от водопропускной трубы, м (СП-32-101-95 "Проектирование и устройство фундаментов опор мостов в районах распространения вечномерзлых грунтов", М., Корпорация "Трансстрой", 1996, с.37-41);

δ - глубина деятельного слоя, м;

d - длина теплоизоляции в направлении поперечной трубы, м;

l - длина поперечной трубы, м.

Длина "l" поперечной трубы 5 определяется, во-первых, шириной русла водотока в естественных условиях, а, во-вторых, удобством размещения внешних отверстий 6.

Поперечная труба 5 в случае наличия теплоизоляции 9 расположена на слое уплотненного песчано-гравийного грунта глубиной h. При наличии в поверхностных слоях малопросадочных при оттаивании грунтов теплоизоляция может не укладываться, но под поперечной трубой должен быть все равно расположен слой песчано-гравийной смеси. Такой же слой 12 должен быть уложен под основной трубой 4. Для предотвращения фильтрации должен быть устроен противофильтрационный экран 13.

На фиг.1-3 даны также следующие обозначения: позицией 14 показана продольная ось перехода через водоток; позициями 15 и 16 показаны соответственно основная площадка и откос насыпи; позицией 17 показаны люки с крышкой в поперечной трубе 5; стрелки 18 характеризуют направление водного потока во входном оголовке; позицией 19 показан уровень снежных отложений в зимний период.

Переход дороги через малый водоток работает следующим образом.

Сооружение предназначено для случая, когда водоток является периодическим. В холодное время года (т.е. в зимний период) водоток отсутствует. В летний период вода по естественному руслу поступает к входному оголовку трубы, далее через внешние отверстия 6 поступает в поперечную трубу 5, далее (см. стрелки 18) поступает через перепускные отверстия 7 в основные трубы 4. По трубам 4 вода поступает к выходному оголовку трубы, через перепускные отверстия 7 поступает в поперечную трубу 5, а из нее через внешние отверстия 6 выходит в естественное русло. В зимний период верхняя поверхность снежных отложений соответствует позиции 19. В связи с тем, что внешние 6 и перепускные 7 отверстия не совпадают в направлении снегопереноса, полость основных труб 4 не заносится снегом, а полость поперечной трубы 5 заносится лишь частично, что способствует охлаждению вечномерзлых грунтов в зимний период. Однако в связи с тем, что с внешней стороны трубы в зоне оголовка имеют место повышенные снежные отложения, которые оказывают растепляющее действие на грунты, в этой зоне устраивается теплоизоляция 9. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет максимально снизить утепляющее влияние водотока.

При создании данного технического решения было решено следующее техническое противоречие. Мост позволяет значительно меньше, чем водопропускная труба нарушать естественные условия протекания воды в водотоке, но мост дороже, чем водопропускная труба. Однако водопропускная труба в зоне оголовков резко нарушает естественные условия водотока, что часто приводит к размывам, протаиваниям и деформациям. Данное техническое решение совмещает преимущества водопропускной трубы и моста.

Эффективность предложенного технического решения выражается в повышении эксплуатационной надежности за счет существенного улучшения температурного режима грунтов основания в зоне оголовков.

Наиболее целесообразная область применения - регионы с распространением вечномерзлых грунтов и сильным снегопереносом (400 м³/м и более).

Изобретение относится к области строительства водопропускных сооружений и может быть использовано при сооружении железных и автомобильных дорог особенно в районах распространения вечномерзлых грунтов и сильным снегопереносом. Переход дороги через малый водоток содержит дорожную насыпь, расположенную на естественной поверхности грунта, одну или несколько основных водопропускных труб, расположенных рядом или на расстоянии друг от друга, входной и выходной оголовки, каждый из которых выполнен в виде поперечной трубы, примыкающей и жестко присоединенной к одной или нескольким основным трубам. В боковой поверхности оголовка выполнены впускные отверстия, не совпадающие с торцами одной или нескольких основных труб в направлении продольной оси последних, и перепускные отверстия, совмещенные с торцами одной или нескольких основных труб. Технический результат состоит в повышении эксплуатационной надежности водопропускных сооружений, возводимых в районах распространения вечномерзлых грунтов и сильных снегопереносов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Переход дороги через малый водоток, содержащий дорожную насыпь, расположенную на естественной поверхности грунта, одну или несколько основных водопропускных труб, расположенных рядом или на расстоянии друг от друга, входной и выходной оголовки, каждый из которых выполнен в виде поперечной трубы, примыкающей и жестко присоединенной к одной или нескольким основным трубам, в боковой поверхности оголовка выполнены впускные отверстия, не совпадающие с торцами одной или нескольких основных труб в направлении продольной оси последних, и перепускные отверстия, совмещенные с торцами одной или нескольких основных труб.2. Переход дороги через малый водоток по п.1, отличающийся тем, что в русле водотока в зоне оголовка уложен слой теплоизоляции, примыкающий к поперечной трубе, термическое сопротивление которого соответствует термическому сопротивлению деятельного слоя грунта в зоне оголовка, при этом основные параметры слоя теплоизоляции определяют по формулам

с=2δ, м,

d=l+2c, м,

где с - ширина слоя теплоизоляции от внутренней поверхности поперечной трубы во внешнюю сторону от водопропускной трубы, м;

δ - глубина деятельного слоя, м;

d - длина слоя теплоизоляции в направлении поперечной трубы, м;

l - длина поперечной трубы, м.