Рекомендации по проектированию и строительству водопропускных сооружений из металлических гофрированных структур на автомобильных дорогах общего пользования с учетом региональных условий (дорожно-климатических зон) (стр. 3 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
— Грунт обоймы, основания и сооружения следует рассматривать как упругопластическую среду. Пластические деформации в материале МГТ не допускаются. Допускается рассматривать грунт, как линейно-деформируемое тело. При этом следует оценить зоны предельного равновесия в теле грунтовой обоймы.
— Момент потери устойчивости конструкции МГТ при численном решении оценивается по резкому возрастанию деформаций при малом возрастании нагрузки и при появлении растягивающих напряжений в материале трубы.
6.2.8 Грунтовая обойма обеспечивает прочность, устойчивость и геометрическую неизменяемость конструкции МГТ. В зависимости от высоты сооружения, диаметра МГТ, параметров грунтов основания и сооружения, системы нагрузок, наличия сейсмических нагрузок, технологии и организации строительства и других факторов в конструкцию водопропускного сооружения из МГС и грунтовой обоймы в качестве конструкционных и несущих материалов могут быть использованы различные нетканые и синтетические материалы, георешетка, металлические профильные конструкции, арматура и др.
6.2.9 Грунтовая обойма, как правило, включает в себя следующие конструктивные элементы:
— Для пылевато-глинистых грунтов основания консистенции от мягкопластичной и выше, а также для песков мелких и пылеватых труба укладывается на демпфирующий слой в виде двухслойной тщательно уплотненной и спрофилированной песчано-гравийной и щебеночной подушки.
— Для оснований, сложенных прочными грунтами (гравелистые, крупные пески, гравий и т. д.), нижний песчано-гравийный слой может не устраиваться. Толщины слоев при этом определяются расчетом из условия недопущения развития зон предельного равновесия в грунтах основания.
6.2.10 Конструкция основания металлических гофрированных труб должна отвечать принципиальным схемам, приведенным на рис. 7 (а, б, в, г).
— Подушку под трубу необходимо устраивать в тех случаях, когда основание сложено глинистыми, скальными и песчаными пылеватыми грунтами. На слабых основаниях должна производиться замена слабого грунта либо устраиваться искусственное основание в виде армогрунтовой мембраны.
— Нижняя часть трубы должна опираться на песчано-гравийную или щебеночную подушку не менее чем на 25 % от ее диаметра. По ширине подушка под МГТ может устраиваться на величину диаметра. Допускается применение подушки из песчано-гравийной смеси. Заложение откосов песчано-гравийной и щебеночной подушки следует назначать не круче 1:1.
— Обязательным элементом грунтовой обоймы является конструктивный демпфирующий слой вокруг трубы, толщиной до 0,5 м, устраиваемый из песчано-гравийного или щебеночного грунта при максимальном размере частиц грунта до 40 мм. В качестве такого элемента может быть использована мембрана из георешетки, заполненной песчано-гравийным грунтом (рис. 8). Для защиты антикоррозионного покрытия трубы от механических повреждений демпфирующего слоя МГТ оборачивается слоем геотекстиля.
— В средней части МГТ на 0,2 м ниже горизонтальной оси при соответствующем технико-экономическом обосновании устраивают горизонтальные упоры длиной не менее диаметра МГТ с каждой стороны. Упоры могут устраиваться из георешетки, заполненной песчано-гравийным или щебеночным грунтом, с уплотнением и завернутой в геоткань типа «Геолон» (рис. 9).
— При значительной высоте насыпи над МГТ с целью снижения уровня напряжений в металле МГС грунтовая обойма может быть устроена в виде подпорных стенок из армогрунта, стабилизирующих конструкцию в горизонтальном направлении. Геоткань укладывают с шагом по высоте не более чем 0,5 м. Ширина и конструкция стенки определяются расчетом. Если есть необходимость снизить нагрузку на верхнюю часть МГТ, то ее развивают вверх (не менее чем на 1 м) и связывают между собой левую и правую стенки над МГТ мембранами из завернутых в геоткань и заполненных грунтом георешеток (рис. 10).
— Очертание откосов насыпи над МГТ и возле нее в пределах армогрунтовой обоймы и непосредственно за ее границей следует проверять на устойчивость земляного полотна. С целью повышения устойчивости откосов и уменьшения длины трубы откосы сооружения могут армироваться геотканью.
6.3. Конструкции оснований и оголовков
6.3.1 Работы по устройству основания на временных водотоках выполняются в период отсутствия воды. На постоянных водотоках необходимо провести работы по сооружению временного отвода русла.
6.3.2. Котлованы и траншеи на стройплощадке необходимо защищать от затопления талыми и дождевыми водами системой поверхностного водоотвода и дренажами. Для этого можно использовать расположенные с нагорной стороны резервы, кавальеры, а также специально устраиваемые оградительные обвалования, водоперехватывающие канавы, лотки и системы дренажей.
6.3.3 Если разрабатываемые траншеи или котлованы расположены ниже уровня грунтовых вод (УГВ), водонасыщенный грунт необходимо осушать, что может быть достигнуто с помощью открытого водоотлива или искусственным понижением УГВ.
6.3.4 Вопрос о необходимости устройства оголовка и выборе его типа решается с учетом обеспечения эффективной гидравлической работы МГТ, ее экономичности и надежности в период эксплуатации.
6.3.5 В качестве основного типа сооружений следует применять МГТ с вертикальным или скошенным параллельно откосу насыпи торцом концевого звена с устройством оголовков или без них (рис. 11). Для МГТ диаметром более 3 м на сопряжениях с откосами насыпи должны проектироваться оголовки.
6.3.6 Для предотвращения подмыва основания МГТ и исключения скопления воды в основании под трубой следует предусматривать по концам конструкции противофильтрационные экраны преимущественно из цементно-грунтовой или глинощебеночной смесей, либо из железобетона, бетона или гофрированного металла. Этим обеспечивается исключение скопления воды в подушке.
Железобетонные и бетонные экраны следует применять для труб, сооружаемых на мелкопесчаных основаниях. Глубина заложения железобетонных и бетонных экранов должна быть не менее чем на 0,25 м ниже расчетной глубины сезонного промерзания с учетом местных условий. Ширина экрана по сечению трубы устраивается не менее D/2 + 1,0 м в каждую сторону от оси МГТ.
Противофильтрационные экраны из цементно-грунтовой или глинощебеночной смесей применяют для МГТ, сооружаемых на глинистых грунтах. Экраны укладываются на ширину подушки, имеют длину вдоль оси МГТ поверху не менее 2 м и глубину не менее 70 % от глубины сезонного промерзания.
При сооружении МГТ на основании из крупнопесчаных, скальных и крупнообломочных грунтов применяют цементно-грунтовые, глинощебеночные или бетонные экраны с глубиной заложения равной толщине проникания подушки.
6.3.7 На МГТ диаметром до 3 м в отдельных случаях (кроме районов с наличием вечномерзлых грунтов) при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается применение оголовков для увеличения водопропускной способности МГТ (вместо сооружения трубы с большим отверстием). Конструкция оголовков должна обеспечивать надежное сопряжение их с металлической частью сооружения, исключающее возможность неравномерных осадок.
Для сооружений, строящихся на скальных, крупнообломочных и других непучинистых грунтах, следует применять оголовки во всех строительно-климатических зонах.
6.3.8 Глубина заложения фундаментов оголовков водопропускных сооружений на скальных грунтах, на гальке и гравии, щебенистых, гравелистых песках и песках средней крупности не нормируется. В случае устройства фундаментов оголовков при всех прочих грунтах глубина заложения должна быть не менее чем на 0,25 м ниже расчетной глубины сезонного промерзания с учетом местных условий.
6.3.9 Фундаменты оголовков на пучинистых грунтах следует рассчитывать с учетом воздействия касательных сил морозного пучения грунта в соответствии со СНиП 2.02.01-83*.
6.3.10 При решении вопроса о расположении водопропускных сооружений следует размещать их на прочных и устойчивых основаниях. Вынос сооружений на склон лога допускается только при специальном обосновании.
6.3.11 МГТ на косогорах надлежит укладывать на естественное основание с уклоном, близким уклону лога, либо на отсыпке земляного полотна из скального грунта, устойчивого против выветривания в теле насыпи, с расположением выхода из МГТ выше дна лога с устройством бермы из скального грунта.
6.3.12 На косогорах и логах с периодическими водотоками допускается применение комбинированных водопропускных сооружений в виде МГТ и фильтрующих насыпей. При этом расчет фильтрующих насыпей производится на меженный уровень, а МГТ включается в работу по пропуску паводковых вод (рис. 12).
Уклон лотка МГТ должен быть не меньше критического (0,002), но не должен превышать 0,05. Применение более крутых уклонов допускается при индивидуальном проектировании со специальными мероприятиями гашения скорости потока в МГТ и на выходе (лотки повышенной шероховатости, водобойные колодцы и др.). При уклоне менее критического пропускную способность МГТ следует пересчитывать.
6.3.13 Для укрепления входного и выходного русл применяются габионы, матрасы «Рено», камень, конструктивные элементы: бетонные и железобетонные блоки, тетраподы, тетраэдры.
Тип и размеры укреплений откосов насыпи у входных и выходных оголовков трубы, устройства подводящих и отводящих русл определяются в соответствии со скоростью течения на выходе по гидравлическим расчетам (см. приложение Е).
6.3.15 При необходимости замены слабого грунта в основании глубину заменяемого грунта следует определять расчетом, исходя из условия обеспечения несущей способности нижележащего грунта или по расчету осадок.
Ширина замены грунта основания или устройства искусственного основания должна назначаться по расчету, но не менее 2D.
Замена грунта основания на глубину более 2 м должно сравниваться с искусственным основанием в виде мембраны из объемной георешетки и обосновываться технико-экономическими расчетами.
6.3.17 Нулевой слой грунта, в котором устраивается ложе, допускается отсыпать непосредственно на естественное основание (удаляя только растительный покров), если оно сложено песчаными (кроме пылеватых) или крупнообломочными грунтами. В этом случае естественное основание под МГТ уплотняется по всей длине конструкции и на ширину не менее 4 м в каждую сторону от МГТ.
Пример конструктивного оформления водопропускного сооружения, включая подготовку основания, размещение противофильтрационных экранов, укрепления входного и выходного русл и насыпи у оголовков, и устройство армогрунтовой обоймы и насыпи в условиях вечной мерзлоты приведены в приложении М.
6.4. Конструкции лотков внутри МГТ
6.4.1 Для защиты антикоррозионного покрытия МГТ замкнутого контура от истирания взвесями, содержащимися в водном потоке, устраиваются бетонные лотки либо лотки из матрасов «Рено», укладываемые на защитный слой из геотекстиля.
6.4.2 Толщина лотка, в зависимости от наличия и количества взвесей, колеблется от 0,1 до 0,3 м. Лоток закрывает нижний сегмент МГТ на высоту не менее 10 см над меженним уровнем, при этом центральный угол должен составлять не менее 90 (рис. 13).
6.4.3 При отсутствии значительных (более 1 %) объемов твердого стока и при уклоне МГТ менее 0,005 взамен лотка допускается устройство щебеночной отсыпки по дну трубы на защитный слой из геотекстиля.
6.5. Защитные сооружения от карчехода, ледохода, наледеобразования и регуляции водного потока
6.5.1 Для защиты водопропускного сооружения из МГС от карчехода и ледохода используют кольчужные сетки, сетки двойного кручения с якорями и анкерами.
6.5.2 Защитные сооружения от карчехода и ледохода устраиваются в виде заборов-ловушек с организацией пропуска паводковых вод для задержания карчехода и ледяных полей и возможностью последующей очистки.
6.5.3 Для защиты от наледей применяются стандартные противоналедные меры и в отдельных случаях могут использоваться электронагревательные элементы.
6.6. Особенности проектирования водопропускных сооружений из МГС в различных природных условиях
6.6.1 На вечномерзлых и пучинистых грунтах
6.6.1.1 Водопропускные сооружения из МГС на вечномерзлых и пучинистых грунтах проектируются с соблюдением норм и требований действующих нормативных документов: СНиП 2.02.01-83*, СП с учетом свойств грунтов слоя сезонного промерзания (оттаивания) и вечномерзлых грунтов при оттаивании.
6.6.1.2 Водопропускные сооружения из МГС следует проектировать с учетом степени относительного сжатия вечномерзлого грунта основания при оттаивании (табл. 5) и характеристик грунтов слоя сезонного промерзания (оттаивания).
6.6.1.4 Рекомендуется выполнять расчеты по прогнозу температурного режима в зоне теплового влияния МГТ. Расчеты производятся в соответствии с СП «Проектирование и устройство фундаментов опор мостов в районах распространения вечномерзлых грунтов» и «Рекомендаций по методике прогноза изменений мерзлотно-грунтовых условий при строительстве и эксплуатации сооружений на трассе БАМ» М., ЦНИИС, 1976.
Степени относительного сжатия вечномерзлого грунта при оттаивании
Тип основания, относительное сжатие грунта δ
Виды грунтов основания
Участки с наличием подземного льда; мари с мощностью торфа более 1 м
Для теплотехнических расчетов исходными данными являются:
— приведенные температуры воздуха (градусы) по месяцам на естественной поверхности, примыкающей к автомобильной дороге, на основной площадке насыпи, на откосах насыпи;
— коэффициенты теплопередачи (ккал/м2 ∙ час ∙ град) тех же поверхностей, на которых измерялись температуры;
— характеристики грунтов в основании насыпи и самой насыпи.
Результатами расчета является прогнозирование температурного режима в насыпи, под основанием насыпи и грунтах на заданной площади рядом с насыпью.
На основании результатов расчетов, изменяя геометрию насыпи (крутизну откосов), конструкции водоотводов, применяя теплоизоляционные материалы и терморегулирующие конструкции, можно получить конструкцию насыпи автомобильной дороги и водопропускного сооружения с расчетным температурным режимом, гарантирующим эксплуатационное качество водопропускного сооружения из МГС.
Результаты расчетов используются при проектировании оснований МГТ и фундаментов оголовков (при расчете осадок и назначении строительного подъема).
6.6.1.5 На вечномерзлых грунтах МГТ разрешается применять, как правило, при грунтах I и в отдельных случаях при низкотемпературных грунтах II категории просадочности при условии, что суммарная величина осадки грунтов основания в оттаявшем состоянии может быть компенсирована величиной строительного подъема.
6.6.1.7 Возможность активизации протаивания вечной мерзлоты в районе оголовков МГТ может существенно различаться в зависимости от мощности снежного покрова и интенсивности снегопереноса в конкретной климатической зоне, что необходимо учитывать в теплотехнических расчетах. Данные по величине снежного покрова и скорости ветра следует определять по СНиП «Строительная климатология» и данным местных метеостанций.
6.6.1.9 Водопропускные сооружения из МГС проектируются, как правило, исходя из условия наименьшего нарушения естественного состояния мерзлых грунтов.
Во всех случаях, когда это возможно, МГТ должны укладываться в тело насыпи без устройства котлованов в мерзлых грунтах. Следует, как правило, избегать устройства приемных колодцев, глубоких бетонных, железобетонных и других экранов, различных врезок в мерзлые грунты.
Трубы на косогорах при наличии вечномерзлых грунтов следует проектировать по индивидуальному расчету возможной деградации мерзлоты.
6.6.1.10 Строительный подъем МГТ назначают исходя из глубины протаивания основания (приложение Д).
Сопряжение лотка трубы с руслом проектируют с учетом осадок концевых участков.
6.6.1.11 Грунтовая обойма вокруг МГТ, расположенных на вечномерзлых и пучинистых грунтах, устраивается в соответствии с п. п. 5.5.1 и 5.5.2 за исключением применения глинистых грунтов и мерзлотных грунтов.
6.6.1.12 Оголовки МГТ независимо от размера диаметра, как правило, применяются бесфундаментных типов. При необходимости увеличения водопропускной способности сооружения рекомендуется использовать трубы большего отверстия или многоочковые трубы.
6.6.1.13 Противофильтрационные экраны при всех грунтах основания следует применять из глинощебеночной или цементно-грунтовой смеси глубиной, равной толщине подушки.
6.6.1.14 В качестве дополнительных мероприятий по повышению прочности и устойчивости основания трубы и прилегающих участков насыпи в районах с высокотемпературными вечно-мерзлыми грунтами рекомендуется устраивать:
— теплоизолирующие прослойки из пенопласта под концевыми участками труб;
— комплексное применение каменной наброски и пенопласта.
6.6.1.15 В условиях большой снегозаносимости для предотвращения попадания снега в трубу необходимо оборудовать концы труб инвентарными крышками. При необходимости сохранения вечной мерзлоты рекомендуется предусматривать применение вентиляционных труб, концы которых выводятся за пределы снежных отложений, и других устройств, обеспечивающих отвод тепла из трубы в зимнее время.
6.6.1.16 На участках с высокотемпературной мерзлотой во избежание интенсивного протаивания мерзлоты под оголовками МГТ при подтверждении теплотехническими расчетами может быть использована укладка теплоизолирующего слоя из пенопласта для уменьшения объема вырезки грунта.
6.6.1.17 На территориях со значительной обводненностью в теплый период года, интенсивной снего-ветровой деятельностью зимой, приводящей к формированию снежных заносов, и сплошной вечной мерзлотой, сложенной с поверхности осадочными породами, в разной степени насыщенными льдом (п-ов Ямал) в конструкцию водопропускных труб из МГС должны входить элементы, позволяющие сохранить температурный режим и предотвратить растепление вечномерзлых грунтов, являющееся последствием образования снежных скоплений у оголовков МГТ. Обводненность территории также является одной из причин растепления грунтов и образования термокарста. При проектировании водопропускных сооружений из МГС в таких климатических зонах необходимо предусмотреть одновременное проектирование мероприятий по обязательному водоотводу на территории, примыкающей к водопропускному сооружению.
6.6.2. На водотоках с наледеобразованием
6.6.2.1 При проектировании водопропускных сооружений на автомобильных дорогах на переходах малых и средних водотоков, имеющих в осенне-зимний период года температуру воды +0,2 °С и ниже, необходимо проводить прогнозирование наледей. Прогнозирование наледей заключается в установлении качественных и количественных характеристик:
— изменений наледного процесса в местах действующих наледей;
— вероятности возникновения искусственных наледей при строительстве автомобильной дороги и водопропускного сооружения;
— степени воздействия наледей на проектируемые объекты.
6.6.2.2 На переходах средних и малых водотоков с природными наледями в целях свободного пропуска последних следует рассматривать варианты с увеличением высоты насыпи и отверстия водопропускного сооружения.
6.6.2.3 При наледях, высота которых не более 1,0 м, можно использовать многоочковые МГТ со ступенчатым расположением очков. В таких МГТ часть очков (обычно одно) располагается в уровне меженных вод, а остальные подняты на некоторую высоту, назначаемую в зависимости от уровней прогнозируемой наледи и меженных вод. При образовании наледи верхние очки остаются свободными, обеспечивая пропуск паводковых вод. Наиболее благоприятными условиями для постройки таких МГТ являются распластанные лога, где обычно даже средние наледи имеют высоту менее 1 м.
6.6.2.4 Для предохранения водопропускных сооружений из МГС и грунтовой обоймы вокруг МГТ от воздействий наледей необходимо проектировать водопропускное сооружение совместно с противоналедными мероприятиями.
Водопропускные МГТ на водотоках с наледями, которые требуют устройства специальных противоналедных конструкций и мероприятий, проектируются в том случае, когда есть возможность проводить периодические эксплуатационные работы по содержанию этих конструкций в рабочем состоянии.
Противоналедные мероприятия и устройства необходимо назначать с учетом генетического типа наледи, дебита и температуры воды источника, питающего наледь, рельефа и инженерно-геологических условий в пределах наледного участка, а также в увязке с комплексом проектных решений по конструкции водопропускного сооружения.
6.6.2.5 На водопропускных сооружениях с постоянным водотоком рекомендуется рассматривать варианты применения безналедного пропуска водотока, свободного пропуска наледи или удержание наледи в местах, где она не представляет опасности для водопропускного сооружения.
6.6.2.6 К мероприятиям и устройствам, ограждающим водопропускное устройство, относятся: противоналедные валы, наледные пояса, мерзлотные грунтовые пояса, противоналедные заборы.
Для проектирования противоналедных мероприятий можно использовать «Методические указания по проектированию противоналедных мероприятий и устройств» Минтрансстроя 1985 г.
6.6.3. На слабых основаниях
6.6.3.1 При устройстве водопропускного сооружения на слабом основании используется метод замены слабого основания. Замену следует производить дренирующим грунтом. Если крупность частиц дренирующего грунта удовлетворяет требованиям п. 5.5.1 и 5.5.2, то МГТ укладывается непосредственно на новый грунт. Глубина заменяемого грунта определяется расчетом осадки трубы.
6.6.3.2 При необходимости замены слабого грунта в основании на большую глубину целесообразно уменьшать объем заменяемого грунта с помощью устройства мембраны из объемной георешетки, заполняемой щебнем или песчано-гравийной смесью.
6.6.3.3 Допускается устройство МГТ на искусственных основаниях, сооружаемых в виде мембран из объемной георешетки в обойме из геотекстиля. Мембраны могут рассчитываться как плавающая платформа и как платформа на поле буронабивных свай. Расчеты следует выполнять методами конечных элементов.
6.6.4. В зонах с избыточной влажностью
6.6.4.1 Водопропускное сооружение необходимо проектировать совместно с мероприятиями по отводу воды от строительной площадки в соответствии с п. п. 6.
6.6.4.3 Откос насыпи над грунтовой обоймой проверяется на местную устойчивость, при необходимости его уполаживания проводится технико-экономический анализ варианта удлинения МГТ или армирования насыпи.
6.6.4.4 При высоте насыпи над трубой более 12 м насыпь в пределах ширины грунтовой обоймы и по 10 м в каждую сторону от грунтовой обоймы должна армироваться.
6.7 Гидравлические расчеты. Общие положения
6.7.1 Особенности конструкции МГТ и предполагаемые условия ее работы как гибкой трубы не позволяют обеспечить герметичность стыков, так как не предусматривает устройство фундамента. Это является препятствием в обеспечении устойчивого напорного или полунапорного режима протекания водного потока с расчетным и максимальным расходом. Поэтому на постоянных дорогах МГТ проектируется с обязательным обеспечением работы в безнапорном режиме.
Работа МГТ в напорном или полунапорном режиме допускается только на временных дорогах при соблюдении требований СНиП 2.05.03-84*, п. 1.14, которым оговорены требования:
— предусмотреть под оголовками противофильтрационные экраны;
— обеспечить водонепроницаемость швов между торцами звеньев и секциями фундаментов;
— обеспечить устойчивость вмещающей трубу насыпи против напора и фильтрации;
— предусматривать специальные входные оголовки;
— гарантировать надежность конструкции и укрепления русл на входе и выходе.
Рекомендации по гидравлическим расчетам приведены в приложении Е.
7. ПРАВИЛА ПРОИЗВОДСТВА И ПРИЕМКИ РАБОТ
7.1. Общие положения
7.1.1 Строительно-монтажные работы по сооружению МГТ должны производиться по утвержденному проекту производства работ, составленному на основании рабочих чертежей на все работы по возведению сооружения.
Сооружение МГТ при отсутствии грунтоуплотняющих машин и ручных механизированных трамбовок не допускается.
7.1.2 Сооружение МГТ при отрицательной температуре воздуха, а также при положительной температуре воздуха и наличии вечномерзлых грунтов должно производиться в кратчайшие сроки без перерыва в выполнении следующих отдельных основных операций и всех работ в целом:
— отсыпка подушки на полную ее высоту;
— монтаж и установка смонтированной МГТ;
— устройство грунтовой обоймы (призмы) до уровня горизонтального диаметра.
При постройке МГТ на вечномерзлых грунтах, кроме того, следует:
— выполнять работы по сооружению трубы и насыпи около нее по возможности в конце зимы или весной:
— на время строительства обеспечить беспрепятственный отвод поверхностных вод;
— не допускать уничтожения мохорастительного покрова;
— не допускать проезда транспорта и строительных машин вне подъездных дорог;
— устраивать подъездные дороги к МГТ путем подсыпки грунта толщиной в зависимости от нагрузки от транспортных и строительных машин, но не менее 0,5 м;
— в проекте должны быть предусмотрены мероприятия, не допускающие скопления воды вблизи оголовков МГТ во время эксплуатации.