Водопропускное сооружение Российский патент 2024 года по МПК E02B8/02 E01F5/00 

Изобретение относится к области автодорожного, железнодорожного и гидротехнического строительства и может быть использовано при сооружении грунтовых насыпей автомобильных, железных дорог и грунтовых дамб гидротехнических систем.

Известно водопропускное сооружение в дорожной насыпи, содержащее тело насыпи, водопропускную трубу с входным и выходным оголовками, размещенными на фундаменте, и плиты укрепления откоса насыпи, на выходе из трубы (см. Гибшман М.Е., Дедух И.Е. «Мосты и сооружения на автомобильных дорогах», рис. 16.1, стр. 247; М. Транспорт, 1981 г).

Недостаток указанного водопропускного сооружения заключается в том, что при напорном режиме действия водотока в трубе, происходит подмыв грунта насыпи, что ведет к деформированию водопропускного сооружения и его дальнейшее разрушение.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является водопропускное сооружение, содержащее водопропускную трубу, входной и выходной оголовки, размещенные на фундаменте, мощение русла каменной наброской (см. http://cyberpedia.su/15xe3ao.html, рис. 4.2).

Недостатком водопропускного сооружения является то, что на действующем водотоке в трубе происходит обводнение и размыв откосов насыпи. Кроме того, при действующем водотоке происходит обводнение мощения русла, особенно на выходном оголовке, в связи с чем в зимний период происходит промерзание мощения и превращение его в монолит, разрушаемый силами морозного пучения.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности и долговечности водопропускного сооружения.

Поставленная цель достигается за счет того, что в известной конструкции водопропускного сооружения, содержащем водопропускную трубу, входной и выходной оголовки и линейный дренаж, сооружение снабжено жестко закрепленной с выходным оголовком сообщающейся с ним емкостью с теплоизолированным днищем, размещенной в нише откоса насыпи, при этом емкость содержит водоотводную трубу, изготовленную в виде эвольвентной поверхности, внутри которой расположены сегментные перегородки с коленным водосбросом над линейным дренажом.

Устройство поясняется чертежом, где изображено водопропускное сооружение - поперечный разрез.

Водопропускное сооружение включает размещенную в насыпи 1, на основании 2, водопропускную трубу 3 с входным и выходным оголовком 4, размещенной на фундаменте 5, емкость 6, жестко прикрепленную к выходному оголовку 4, расположенную в нише 7 насыпи 1, теплоизолятор 8, соединенную с емкостью 6 водоотводную трубу 9, выполненную в виде эвольвентной поверхности, на внутренней поверхности которой по ее длине закреплены гасительные сегментные перегородки 10, установленные перпендикулярно движению потока, с коленным водосбросом 11, под которым размещен линейный дренаж 12. Сегментные перегородки установлены с шагом 1,0÷1,5 м.

Водопропускное сооружение возводят следующим образом.

На основании 2 частично отсыпают насыпь 1 до отметки размещения фундамента 5 и монтируют водопропускную трубу 3 с оголовками 4. В зоне расположения выходного оголовка в насыпи 1 образуют нишу 7, на дне которой укладывают теплоизолятор 8. Затем к выходному оголовку приваривают емкость 6, сообщающуюся с выходным оголовком по его внутреннему диаметру, и с опиранием ее на отсыпку насыпи 1 через теплоизолятор 8. В качестве теплоизолятора следует применять, например, пенопласт с закрытыми порами. В нижней части емкости 6 выполняют окно с размерами, соответствующими диаметру водоотводной трубы 9. Водоотводную трубу 9 изготавливают в виде эвольвентной поверхности, с закрепленными в ней по всей длине с шагом 1,0÷1,5 м сегментными перегородками 10 и коленным водосбросом 11. После обустройства линейного дренажа 12 с каменной наброской водоотводную трубу 9 приваривают к емкости 6. При этом коленный водосброс 11 водоотводной трубы 9 размещают над линейным дренажом 12. По окончании монтажных работ производят досыпку насыпи 1 до проектной отметки.

Устройство работает следующим образом.

При движении водного потока по водопропускной трубе 3 вода через выходной оголовок 4 поступает в емкость 6, где происходит ее автоматическое торможение и потеря скорости из-за заниженного дна емкости и разнопланового движения, а далее водный поток направляется в водоотводную трубу 9. При вхождении водного потока в водоотводную трубу, эффективно используется такая особенность гидравлической структуры потока, как интенсивный эффект закручивания за счет выполнения трубы в виде эвольвентной поверхности, далее придонная часть потока направляется на сегментные перегородки 10, установленные перпендикулярно действию потока, происходящие при этом турбулентные завихрения в водном потоке, противодействуют движущему потоку, что дополнительно снижает скорость движения потока и, таким образом, даже при бурном напорном потоке происходит постепенное ослабление скорости потока и переход его в плавное состояние, и далее поток через коленный водосброс 11 поступает в дренаж 12, где на выходе из него окончательно гасится.

Основным свойством эвольвентной поверхности является снижение скорости водного потока по ее длине. Потери напора водного потока при трении в гладких стальных круглых трубах определяют по формуле Дарси-Вейсбаха:

где λ - коэффициент гидравлического трения, находится в диапазоне 0,05-0,75; L - длина водопроводной трубы, м; Д - внутренний диаметр трубы, м; W - средняя скорость потока, принимаем 3 м/сек; g -ускорение силы тяжести, 9,8 м² /сек. Потери напора водного потока при трении в гладкой круглой стальной трубе диаметром 1,0 м и длиной 10,0 м составляют

Еще большие потери напора и уменьшение скорости возникают при прохождении потоком сегментных перегородок, установленных внутри водоотводной трубы перпендикулярно его основному движению. В этом случае проявляются завихрения, вызывающие турбулентность в потоке у каждой сегментной перегородки.

Потери напора водного потока происходят также и на изливе, на коленном водосбросе, угол 90°. Потери напора на изливе определяют по формуле:

где ε - принимаем по таблицам, для колена 90°ε=1,2.

Общие потери составляют:

Благодаря наличию теплоизоляции емкость под днищем не подвергается воздействию нормальных сил морозного пучения.

Обустройство зазора в нише между стенками емкости и грунтом откоса насыпи предотвращает также воздействие на емкость и касательных сил морозного пучения, действующих по боковой поверхности. При отсутствии зазоров емкость следует покрыть противопучинной защитой, применив, например, послойно солидол - пхв пленка. Это сохраняет работоспособность сооружения в течение длительного времени. При этом обеспечивается эксплуатационная надежность устройства для различных режимов водных потоков, а также расширяется область применения устройства. Егоиспользование возможно как в непучинистых грунтах, так и в пучинистых. Выходной оголовок трубы в данном случае, как и само сооружение, не подвержены деформациям и сохраняют свою целостность при эксплуатации. Откосы насыпи находятся в проектном положении, так как отсутствует их подмыв, а также размыв грунтов основания насыпи.

Изобретение относится к области автодорожного, железнодорожного и гидротехнического строительства и может быть использовано при сооружении грунтовых насыпей автомобильных, железных дорог и грунтовых дамб гидротехнических систем. Водопропускное сооружение содержит размещенную в насыпи (1) на основании (2) водопропускную трубу (3) с входным и выходным оголовками (4), линейный дренаж (12), жестко закрепленную с выходным оголовком и сообщающуюся с ним емкость (6) с теплоизолированным днищем, размещенную в нише (7) откоса насыпи (1), при этом емкость (6) содержит водоотводную трубу (9) с коленным водосбросом (11) над линейным дренажом (12), выполненную в виде эвольвентной поверхности, внутри которой расположены сегментные перегородки (10). Повышается эксплуатационная надежность и долговечность водопропускного сооружения. 1 ил.

Водопропускное сооружение, содержащее размещенную в насыпи на основании водопропускную трубу с входным и выходным оголовками, и линейный дренаж, отличающееся тем, что оно снабжено жестко закрепленной с выходным оголовком и сообщающейся с ним емкостью с теплоизолированным днищем, размещенной в нише откоса насыпи, при этом емкость содержит водоотводную трубу с коленным водосбросом над линейным дренажом, выполненную в виде эвольвентной поверхности, внутри которой расположены сегментные перегородки.