RU197653U1

RU197653U1 - Culvert in a road embankment on permafrost

Info

Publication number: RU197653U1
Application number: RU2019132620U
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Щербаков; Валерий Степанович Воробьев; Петр Степанович Пинчук; Анатолий Александрович Опарин
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2020-05-20

Abstract

Полезная модель относится к области строительства водопропускных сооружений и может быть использовано при сооружении водопропускных труб под насыпями железных и автомобильных дорог в районах распространения вечномерзлых грунтов с высокой снегозаносимостью. Водопропускное сооружение содержит водопропускную трубу (1), и входной и выходной оголовки, оболочки (6), выполненные соразмерно концевым звеньям водопропускной трубы, соосно размещенных, и консольно закрепленных на концевых звеньях, с зазором относительно грунтов основания дорожной насыпи, при этом длина оболочек определяется по заявленной формуле. Конструкция проста в изготовлении, обеспечивает требуемый уровень эксплуатационной надежности, увеличивает срок эксплуатации. 1 ил.The utility model relates to the field of construction of culverts and can be used in the construction of culverts under embankments of railways and roads in areas of permafrost soils with high snow tolerance. The culvert includes a culvert (1), and the inlet and outlet heads, shells (6), made in proportion to the end links of the culvert, coaxially placed, and cantileverly fixed to the end links, with a gap relative to the soil base of the road embankment, while the length of the shells is determined according to the claimed formula. The design is simple to manufacture, provides the required level of operational reliability, extends the service life. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области строительства водопропускных сооружений и может быть использовано при сооружении водопропускных труб под насыпями железных и автомобильных дорог в районах распространения вечномерзлых грунтов и с сильным снегопереносом.The utility model relates to the field of construction of culverts and can be used in the construction of culverts under embankments of railways and roads in areas of permafrost and with heavy snow transfer.

Известно водопропускное сооружение с ковшовым оголовком, включающее грунтовую дамбу, расположенную на наклонном основании, водоприемный ковш, заглубленный в основание, и отводящую трубу, соединенную одним концом с водоприемным ковшом у дна последнего, линейный дренаж, ориентированный в плане вдоль грунтовой дамбы, и дренажный слой, уложенный с наружной стороны стенок водоприемного ковша (см. патент РФ №2139367, МПК E01F 5/00, опубл. 10.10.1999 г.).A culvert structure with a bucket head is known, including a soil dam located on an inclined base, a water intake bucket buried in the base, and a discharge pipe connected at one end to a water intake bucket at the bottom of the latter, linear drainage oriented in plan along the soil dam, and a drainage layer laid on the outside of the walls of the water intake bucket (see RF patent No. 2139367, IPC E01F 5/00, published on 10/10/1999).

Недостатком этой конструкции является сложность ее изготовления на вечномерзлых грунтах, так как для монтажа ковшового оголовка требуется разработка мерзлого грунта. Кроме того, в зимний период такая конструкция способствует наледеобразованию, что неизбежно приводит к снижению эксплуатационной надежности водопропускного сооружения.The disadvantage of this design is the complexity of its manufacture on permafrost soils, since the installation of a bucket head requires the development of frozen soil. In addition, in the winter, this design contributes to icing, which inevitably leads to a decrease in the operational reliability of the culvert.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является водопропускное сооружение в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах, содержащее одну или несколько водопроводных труб, расположенных рядом или на расстоянии друг от друга, и оголовок в виде поперечной трубы, примыкающей к одной или к нескольким трубам, при этом поперечная труба содержит перепускные отверстия, фильтрующий материал с внешней ее стороны и дополнительные вертикальные трубы, расположенные напротив отверстий перпендикулярно к поперечной трубе, снабженных поверху смотровыми люками (см. патент РФ №2303675, МПК E01F 5/00, опубл. 27.07.2007 г.).Closest to the claimed technical solution is a culvert in a road embankment on permafrost soils, containing one or more water pipes located adjacent to or at a distance from each other, and a head in the form of a transverse pipe adjacent to one or several pipes, while the pipe contains bypass holes, filter material from the outside and additional vertical pipes located opposite the holes perpendicular to the transverse pipe, equipped with inspection hatches on top (see RF patent No. 2303675, IPC E01F 5/00, published on July 27, 2007) .

Недостаток водопропускного сооружения состоит в том, что оно представляет собой сложную громоздкую, многодетальную и металлоемкую конструкцию. Недостатком водопропускного сооружения является и то, что низка его эксплуатационная надежность, обусловленная тем, что используемый фильтрующий массив из каменной наброски, уложенной на максимальную высоту снегозаноса, заносится снегом, частично или полностью и прекращается поступление холодного воздуха в водопропускную трубу. Использование сооружения экономически не выгодно, и значительно дороже обычной железобетонной водопропускной трубы.The disadvantage of the culvert is that it is a complex cumbersome, multi-part and metal-intensive construction. The disadvantage of the culvert construction is that its operational reliability is low, due to the fact that the used filter massif from a stone sketch laid at the maximum snow cover height is brought in by snow, partially or completely, and the flow of cold air into the culvert stops. Using the facility is not economically viable, and much more expensive than a conventional reinforced concrete culvert.

Техническая задача - упрощение конструкции сооружения и повышение эксплуатационной надежности за счет исключения чаши многолетнего протаивания под концевыми звеньями водопропускной трубы. Указанная техническая задача достигается тем, что водопропускное сооружение в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах, содержащее водопропускную трубу, и входной и выходной оголовки, последние выполнены в виде оболочек, соразмерных концевым звеньям водопропускной трубы, смонтированных с зазором относительно грунтов основания дорожной насыпи, соосно размещенных, и консольно закрепленных на концевых звеньях трубы, при этом длина оболочек определяется по формуле: L=hmax+К, где L - длина оболочки, м; hmax - максимальная высота снегозаноса, м; К - эмпирическое число ≥0,5 м.The technical task is to simplify the design of the structure and increase operational reliability by eliminating the bowl of long-term thawing under the end links of the culvert. The specified technical problem is achieved by the fact that the culvert structure in the road embankment on permafrost soils, containing the culvert, and the inlet and outlet heads, the latter are made in the form of shells, commensurate with the end links of the culvert, mounted with a gap relative to the soil base of the embankment, coaxially placed, and cantilever mounted on the end links of the pipe, while the length of the shells is determined by the formula: L = hmax + K, where L is the length of the shell, m; hmax - maximum snowfall height, m; K - empirical number ≥0.5 m.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где схематично изображен продольный разрез водопропускного сооружения.The proposed utility model is illustrated in the drawing, which schematically shows a longitudinal section of a culvert.

Водопропускное сооружение включает водопропускную трубу 1, расположенную в дорожной насыпи 2 на фундаменте 3, устроенном на вечномерзлом грунте 4 в условиях снегозаноса 5, оболочек 6, выполненных соразмерно концевым звеньям водопропускной трубы, соосно размещенных и консольно закрепленных на концевых звеньях трубы 1, с помощью болтовых соединений или сваркой арматурных выпусков (на черт, не показано) и смонтированных с зазором 7 относительно грунтов основания дорожной насыпи 2. Длина оболочек выбирается из условия: L=h_max+К, где h_max - максимальная высота снегозаноса, м; К - эмпирическое число, определенное опытным путем, равное 0,5 м и более.The culvert includes a culvert 1, located in a road embankment 2 on a foundation 3, built on permafrost 4 under snow conditions 5, shells 6, made in proportion to the end links of the culvert, coaxially placed and cantilevered on the end links of the pipe 1, using bolted connections or by welding of reinforcing outlets (to hell, not shown) and mounted with a gap of 7 relative to the soil of the base of the road embankment 2. The length of the shells is selected from the condition: L = h _max + K, where h _max is the maximum snowfall height, m; K is an empirical number determined empirically, equal to 0.5 m or more.

Эмпирическое число получено на основании наблюдений Тындинской мерзлотной станцией в течение 10 лет за состоянием водопропускных сооружений, эксплуатируемых на БАМ на перевальных участках. Наблюдениями установлено, что для создания «продуха» в водопропускном сооружении требуется раскопка снега при максимальной высоте снегозаноса на глубину не менее 50 см.The empirical number was obtained on the basis of observations of the Tynda permafrost station over a period of 10 years over the state of culverts operated at BAM in transshipment areas. Observations have established that to create a "breeze" in a culvert, excavation of snow is required at a maximum snow depth of at least 50 cm.

Водопропускное сооружение возводят в следующем порядке.The culvert is erected in the following order.

В дорожной насыпи 2 на вечномерзлом грунте 4 укладывают фундамент 3. Далее монтируют звенья 1 водопропускной трубы. По окончании монтажа всех звеньев 1 трубы к концевым ее участкам жестко прикрепляют оболочки 6, из тонкостенного железобетона. При этом между оболочками 6 и грунтом основания насыпи 2 образуют зазор 7 для исключения воздействия на нее сил морозного пучения при промерзании грунта в зимний период. Затем производят мощение русла каменной наброской 8 или укрепительными плитами, а затем возводят насыпь 2 и проезжее полотно.In the road embankment 2 on the permafrost 4 lay the foundation 3. Next, the links 1 of the culvert are mounted. At the end of the installation of all parts of the pipe 1 to its end sections are rigidly attached shell 6, of thin-walled reinforced concrete. In this case, between the shells 6 and the base soil of the embankment 2, a gap 7 is formed to exclude the effect of frost heaving forces on it during freezing of the soil in the winter. Then the channel is paved with a stone draft 8 or with reinforcing plates, and then a mound 2 and a roadway are erected.

Использование предлагаемой конструкции водопропускного сооружения позволяет за счет оболочек 6, соосно установленной с водопропускной трубой 1, и рассчитанной для максимального снегозаноса, позволяет обеспечить «продух» 10 и постоянное поступление холодного воздуха внутрь трубы 1. При этом обеспечивается сохранение мерзлого грунта 4 не только внутри трубы 1, но и на концевых звеньях. С наступлением весеннего периода до оттаивания снега в суточном цикле ночью воздух более холодный, чем днем, поступает в полость трубы 1, застаивается в ней за счет плотной стратификации. В результате охлаждающего действия с учетом затеняющего эффекта оболочки 6, уменьшающей солнечную радиацию, на внутренней поверхности нижней части трубы 1 формируются отрицательные среднегодовые температуры.Using the proposed design of the culvert allows the shell 6, coaxially mounted with the culvert 1, and designed for maximum snow cover, allows you to "blow" 10 and the constant flow of cold air into the pipe 1. This ensures the preservation of frozen soil 4 not only inside the pipe 1, but also at the end links. With the onset of the spring period before snow thawing in the daily cycle at night, the air is colder than during the day, enters the cavity of the pipe 1, stagnates in it due to dense stratification. As a result of the cooling effect, taking into account the shading effect of the shell 6, which reduces solar radiation, negative average annual temperatures are formed on the inner surface of the lower part of the pipe 1.

За счет этого чаша многолетнего протаивания 9 образуется у основания откосов дорожной насыпи 2 вне пределов водопропускной трубы 1. Следовательно, ее подошва в годовом цикле будет опираться на мерзлый грунт 4, что исключает возможность проявления нормальных сил пучения и тепловых просадок грунтов основания и тем самым обеспечивает высокую устойчивость и эксплуатационную надежность предлагаемого водопропускного сооружения, построенного в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах. Чаша многолетнего протаивания 9 будет образовываться в зоне размещения снегозащитной оболочки 6, установленной с зазором 7 над поверхностью грунта основания, за пределами водопропускной трубы 1. В таком случае оболочка 6 не подвергается действию сил морозного пучения, что сохраняет ее работоспособность в течение длительного периода эксплуатации.Due to this, the thawing bowl 9 is formed at the base of the slopes of the road embankment 2 outside the culvert 1. Therefore, its sole in the annual cycle will rely on frozen soil 4, which excludes the possibility of manifestation of normal heaving forces and thermal subsidence of the soil of the base and thereby ensures high stability and operational reliability of the proposed culvert constructed in a road embankment on permafrost soils. A bowl of long-term thawing 9 will be formed in the area of the snow cover 6, which is installed with a gap 7 above the surface of the base soil, outside the culvert 1. In this case, the shell 6 is not exposed to frost heaving forces, which maintains its operability for a long period of operation.

В районах вечной мерзлоты с повышенной снегозаносимостью снегоотложения у дорожной насыпи крайне неравномерны. Основная площадка дорожной насыпи большей частью оказывается оголенной от снега, а наибольшая толщина снежного покрова находится в нижней части откоса насыпи.In areas of permafrost with increased snow tolerance of snow accumulation at the road embankment, they are extremely uneven. The main site of the road embankment for the most part is exposed to snow, and the largest thickness of the snow cover is at the bottom of the slope of the embankment.

Применение водопропускного сооружения, принятого за прототип, в районах вечной мерзлоты и повышенной снегозаносимости, как правило, не обеспечивает их требуемой эксплуатационной надежности. В результате отверстия труб при снегозаносе у ее оголовков большую часть зимы перекрыты снегом, что исключает проникновение холодного воздуха в полость водопроводной трубы.The use of culverts, adopted as a prototype, in areas of permafrost and increased snow tolerance, as a rule, does not provide their required operational reliability. As a result, the openings of the pipes during snowfall at its heads are covered with snow for most of the winter, which eliminates the penetration of cold air into the cavity of the water pipe.

Поэтому среднегодовые температуры внутренней ее поверхности повышаются до положительных значений, особенно на концевых участках трубы, где сказывается отепляющее действие солнечной радиации. В связи с чем, под водопропускной трубой образуется чаша многолетнего протаивания, в пределах которой оказываются фундаменты трубы, прежде всего на концевых ее звеньях. В таких условиях в зимний период возникают нормальные силы морозного пучения, а в летний период образуются тепловые просадки грунта основания насыпи, и в том и другом случае нарушается целостность соединения звеньев трубы, водопропускная труба подвергается деформированию.Therefore, the average annual temperature of its inner surface rises to positive values, especially at the end sections of the pipe, where the warming effect of solar radiation affects. In this connection, a bowl of long-term thawing is formed under the culvert, within which the foundations of the pipe are located, especially at its end links. Under such conditions, normal frost heaving forces arise in the winter period, and in the summer period the thermal subsidence of the base of the embankment is formed, and in both cases the integrity of the connection of the pipe links is violated, the culvert undergoes deformation.

Заявляемая конструкция водопропускного сооружения значительно проще в сравнении с прототипом, при сохранении требуемого уровня эксплуатационной надежности, что способствует увеличению срока эксплуатации и отпадает необходимость проведения регулярного технического контроля за его состоянием.The inventive design of the culvert is much simpler in comparison with the prototype, while maintaining the required level of operational reliability, which helps to increase the operating life and there is no need for regular technical monitoring of its condition.

Claims

A culvert structure in a road embankment on permafrost soils, containing a culvert and an inlet and outlet head, characterized in that the heads are made in the form of shells commensurate with the end links of the culvert mounted with a gap relative to the soil base of the embankment, coaxially mounted on the cantilever mounted and console pipe links, while the length of the shells is determined by the formula:

L = h _max + K, where

L is the length of the shell, m;

h _max - the maximum snowfall height, m;

K - empirical number ≥0.5 m.