RU2818236C1

RU2818236C1 - Culvert

Info

Publication number: RU2818236C1
Application number: RU2023132642A
Authority: RU
Inventors: Валерий Степанович Воробьев; Петр Степанович Пинчук
Filing date: 2023-12-05
Publication date: 2024-04-26

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to road, railway and hydraulic engineering and can be used in construction of earth embankments of motor roads, railways and earth dams of hydraulic systems. Culvert contains located in embankment (1) on base (2) pipe culvert (3) with inlet and outlet heads (4), linear drainage (12), rigidly fixed with outlet head and communicating with it reservoir (6) with heat-insulated bottom, arranged in recess (7) of embankment (1) slope, wherein reservoir (6) comprises water discharge tube (9) with elbow spillway (11) over linear drainage (12) composed of involute surface with segmented baffles (10) arranged there inside.

EFFECT: increased operational reliability and durability of the culvert.

1 cl, 1 dwg

Description

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.The invention relates to the field of road, railway and hydraulic engineering construction and can be used in the construction of soil embankments of roads, railways and soil dams of hydraulic engineering systems.

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).A culvert structure in a road embankment is known, containing the body of the embankment, a culvert with inlet and outlet heads placed on the foundation, and slabs for strengthening the slope of the embankment at the outlet of the pipe (see Gibshman M.E., Dedukh I.E. “Bridges and structures on highways”, Fig. 16.1, p. 247; M. Transport, 1981).

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.The disadvantage of this culvert is that under the pressure mode of the watercourse in the pipe, the soil of the embankment is washed away, which leads to deformation of the culvert and its further destruction.

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).The closest thing to the claimed invention is a culvert containing a culvert, inlet and outlet heads placed on the foundation, paving the riverbed with rock fill (see http://cyberpedia.su/15xe3ao.html, Fig. 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.The disadvantage of the culvert is that on the existing watercourse in the pipe, watering and erosion of the embankment slopes occurs. In addition, when there is an active watercourse, the channel paving is flooded, especially at the outlet head, and therefore, in winter, the paving freezes and turns into a monolith, destroyed by the forces of frost heaving.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности и долговечности водопропускного сооружения.The technical objective of the proposed invention is to increase the operational reliability and durability of the culvert.

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.This goal is achieved due to the fact that in the known design of a culvert containing a culvert, inlet and outlet heads and linear drainage, the structure is equipped with a tank rigidly fixed to the outlet head and communicating with it with a heat-insulated bottom, located in a niche of the embankment slope, while the tank contains a drainage pipe made in the form of an involute surface, inside of which there are segment partitions with a knee spillway above the linear drainage.

Устройство поясняется чертежом, где изображено водопропускное сооружение - поперечный разрез.The device is illustrated by a drawing showing a cross-section of the culvert.

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.The culvert includes a culvert 3 located in the embankment 1, on the base 2, with an inlet and outlet head 4, located on the foundation 5, a container 6, rigidly attached to the outlet head 4, located in a niche 7 of the embankment 1, a heat insulator 8 connected to the container 6 a drainage pipe 9, made in the form of an involute surface, on the inner surface of which along its length there are damping segment partitions 10 installed perpendicular to the flow movement, with an elbow spillway 11, under which a linear drainage 12 is located. The segment partitions are installed in increments of 1.0÷ 1.5 m.

Водопропускное сооружение возводят следующим образом.The culvert is erected as follows.

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. On the base 2, the embankment 1 is partially poured to the level of the foundation 5 and a culvert 3 with caps 4 is mounted. In the area where the outlet head is located in the embankment 1, a niche 7 is formed, at the bottom of which a heat insulator 8 is placed. Then a container 6 is welded to the outlet head, communicating with with the outlet head along its inner diameter, and resting it on the fill of the embankment 1 through the heat insulator 8. For example, closed-cell foam plastic should be used as a heat insulator. In the lower part of the tank 6 there is a window with dimensions corresponding to the diameter of the drainage pipe 9. The drainage pipe 9 is made in the form of an involute surface, with segment partitions 10 and an elbow spillway 11 fixed in it along the entire length with a pitch of 1.0÷1.5 m. After installing the linear drainage 12 with rock riprap, the drainage pipe 9 is welded to the tank 6. In this case, the elbow spillway 11 of the drainage pipe 9 is placed above the linear drainage 12. Upon completion of the installation work, the embankment 1 is filled to the design level.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

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.When the water flow moves through the culvert 3, the water through the outlet head 4 enters the container 6, where it automatically slows down and loses speed due to the low bottom of the container and the diverse movement, and then the water flow is directed into the drainage pipe 9. When the water flow enters into the drainage pipe, such a feature of the hydraulic structure of the flow is effectively used as the intense swirling effect due to the pipe being made in the form of an involute surface, then the bottom part of the flow is directed to segment partitions 10 installed perpendicular to the action of the flow, the turbulent vortices occurring in the water flow are counteracted the driving flow, which further reduces the speed of the flow and, thus, even with a stormy pressure flow, the flow speed gradually weakens and transitions to a smooth state, and then the flow through the elbow spillway 11 enters the drainage 12, where it is finally extinguished at the exit .

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:The main property of an involute surface is a decrease in the speed of water flow along its length. The pressure loss of water flow due to friction in smooth steel round pipes is determined by the Darcy-Weisbach formula:

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 where λ is the coefficient of hydraulic friction, is in the range of 0.05-0.75; L - length of water pipe, m; D - internal diameter of the pipe, m; W - average flow speed, take 3 m/sec; g - gravity acceleration, 9.8 m ² /sec. The pressure loss of water flow due to friction in a smooth round steel pipe with a diameter of 1.0 m and a length of 10.0 m is

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.Even greater pressure losses and a decrease in speed occur when the flow passes through segmental partitions installed inside the drainage pipe perpendicular to its main movement. In this case, vortices appear, causing turbulence in the flow at each segmental partition.

Потери напора водного потока происходят также и на изливе, на коленном водосбросе, угол 90°. Потери напора на изливе определяют по формуле:Loss of water flow pressure also occurs at the spout, at the knee spillway, angle 90°. The pressure loss at the spout is determined by the formula:

где ε - принимаем по таблицам, для колена 90°ε=1,2. where ε - taken from the tables, for a 90° elbow ε = 1.2.

Общие потери составляют:Total losses are:

Благодаря наличию теплоизоляции емкость под днищем не подвергается воздействию нормальных сил морозного пучения.Thanks to the presence of thermal insulation, the container under the bottom is not exposed to the normal forces of frost heaving.

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.Arranging a gap in the niche between the walls of the container and the soil of the embankment slope also prevents the impact of the tangential forces of frost heaving acting on the side surface on the container. If there are no gaps, the container should be covered with anti-heaving protection, using, for example, layers of solid oil - PVC film. This keeps the structure operational for a long time. This ensures the operational reliability of the device for various water flow regimes, and also expands the scope of the device. Its use is possible both in non-heaving soils and in heaving ones. The outlet head of the pipe in this case, like the structure itself, is not subject to deformation and maintains its integrity during operation. The slopes of the embankment are in the design position, since there is no erosion of them, as well as erosion of the soil at the base of the embankment.

Claims

A culvert containing a culvert placed in an embankment on the base with inlet and outlet heads, and linear drainage, characterized in that it is equipped with a container rigidly fixed to the outlet head and communicating with it with a heat-insulated bottom, located in a niche of the embankment slope, wherein the container contains a drainage pipe with an elbow spillway above the linear drainage, made in the form of an involute surface, inside of which segment partitions are located.