Материал: Проект водопропускной трубы под насыпью дороги. методические указания к выполнению курсового и дипломного проектирования. Ерёмин В.Г., Андреев А.В

1054

Проект водопропускной трубы под насыпью дороги

Методические указания

к выполнению курсового и дипломного проектирования

для студентов, обучающихся по направлению

08.03.01 «Строительство»,

профиль «Автодорожные мосты и тоннели»

Воронеж 2015

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра проектирования автомобильных дорог и мостов

Проект водопропускной трубы под насыпью дороги

Методические указания

к выполнению курсового и дипломного проектирования

для студентов, обучающихся по направлению

08.03.01 «Строительство»,

профиль «Автодорожные мосты и тоннели»

Воронеж 2015

УДК 625.745.2(07)

ББК 39.112 я 7

Составители

В.Г. Ерёмин, А.В. Андреев, В.П. Волокитин,

В.А. Журавлёв

Проект водопропускной трубы под насыпью дороги: метод. указания к вып. курсового и дипломного проектирования по дисциплине «Проектирование мостов и труб» для студ., обуч. по направ. 08.03.01 «Строительство»/ Воронежский ГАСУ; сост.: В.Г. Ерёмин, А.В. Андреев, В.П. Волокитин, В.А. Журавлёв.- Воронеж, 2015 - 31с.

Методические указания содержат рекомендации по разработке проекта водопропускной трубы под насыпями дорог. Рассмотрены вопросы по индивидуальному проектированию конструкций водопропускных труб на всех этапах, начиная со статических расчётов, конструированию и заканчивая разработкой технологии строительства.

Указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению

08.03.01 «Строительство» при выполнении курсового и дипломного проектирования.

Ил. 5. Табл. 3. Библиогр.: 7 назв.

УДК 625.745.2(07)

ББК 39.112 я 7

Печатается по решению учебно-методического совета

Воронежского ГАСУ

Рецензент – Вл.П. Подольский, д.т.н., проф. кафедры строительства

и эксплуатации автомобильных дорог Воронежского ГАСУ

ВВЕДЕНИЕ

Наиболее распространённым видом искусственных сооружений на автомобильных и железных дорогах являются водопропускные трубы, которые предназначены для пропуска под земляным полотном дороги постоянных или временных водотоков с расходами воды до 100 м³ /с. Конструктивно дорожные трубы могут устраиваться и с иными целями - в качестве скотопрогонов, пешеходных тоннелей, а также тоннелей для проезда местного автомобильного транспорта под магистралями. В ряде случаев водопропускные трубы большого диаметра или многоочковые оказываются намного эффективнее малых мостов. Основным достоинством труб по сравнению с малыми мостами является непрерывность проезжей части, что предопределяет движение транспортных средств с расчетными скоростями с обеспеченными плавностью и безопасностью.

В большинстве случаев на дорогах применяются типовые водопропускные трубы. Однако в случае расположения трубы под насыпью свыше 12 м или необходимости значительно большего отверстия трубы, чем в типовых проектах осуществляется индивидуальное проектирование водопропускных труб.

Цель курсового проекта - приобретение практических навыков студентов в вопросах статического расчета, конструирования и разработки технологии строительства водопропускных труб.

В методических указаниях рассматриваются вопросы проектирования круглых железобетонных труб, прямоугольных железобетонных труб из контурных звеньев и из отдельных плитных элементов, а также металлических гофрированных труб. Высота насыпи дороги, характеристики грунтов размеры отверстия трубы и тип конструкции определяются заданием. Детальное проектирование основных конструктивных элементов трубы студент выполняет самостоятельно на основе выполненных статических расчётов.

Курсовой проект должен содержать следующие разделы:

1. Введение.

2. Обоснование предварительного назначения элементов трубы.

3. Статический расчёт элементов трубы.

3.1. Определение давления грунта насыпи на элементы трубы.

3.2. Определение расчетных усилий, действующих на элементы трубы.

3.3. Расчет тела трубы по I и II группе предельных состояний.

3.4. Расчёт оголовков и фундамента трубы.

4. Разработка конструкции элементов трубы.

4.1. Конструкция звеньев.

4.2. Конструкция оголовков.

4.3. Конструкция фундамента.

4.4. Конструкция укрепления откоса насыпи и русла трубы.

5. Разработка технологии производства работ по строительству водопропускной трубы.

5.1. Разбивочные работы.

5.2 Технология устройства котлована.

5.3. Устройство фундамента.

5.4. Монтаж звеньев и оголовков.

5.5. Устройство гидроизоляции.

5.6. Технология работ при засыпке тела трубы.

5.7. Укрепительные работы.

Отдельные разделы могут быть уточнены при выполнении проекта в зависимости от типа и конструкции водопропускной трубы.

Курсовой проект содержит 2 листа графического материала формата А1, выполненных в системе «AutoCAD». Лист №1- Конструкция водопроводной трубы и её элементов; Лист №2- Технология производства работ по строительству водопроводной трубы.

1. Общие положения по проектированию и расчёту водопроводных труб

1.1. В проекте принимается положение об индивидуальном проектировании водопропускной трубы. Основные геометрические характеристики звеньев, фундаментов, оголовков назначаются на основании заданного отверстия, типа трубы, грунтовых условий, высоты насыпи , длины трубы, исходя из соотношения размеров типовых решений с использованием рекомендаций настоящих методических указаний.

1.2. Отверстие трубы в натурных условиях определяют гидравлическим расчётом по максимальному объёму воды в единицу времени. Последовательность определения необходимого отверстия водопропускной трубы рассматривается в курсе «Проектирование мостовых и тоннельных переходов». В настоящем проекте внутреннее отверстие трубы определяется заданием.

1.3. Заложение откосов насыпи принимается в соответствии с типовыми решениями поперечных профилей автомобильных и железных дорог (для автомобильных дорог «Союздорпроект» (СДП) № 503- 0- 48.87)

1.4. Полная длина трубы определяется по длине подошвы насыпи с учетом расположения оголовков в соответствии с категорией автомобильной дороги или с количеством путей железной дороги. При этом отверстие и высоту труб в свету следует назначать не менее [1]:

1.0 м – при длине трубы до 20 м;

1,25 м – при длине трубы 20 м и более.

На автодорогах ниже II категории допускаемые отверстия:

1.0 м – при длине трубы до 30 м;

0,75 м – при длине трубы 15 м;

0.5 м – на объездах.

1.5. Продольный уклон трубы принимается соответствующим продольному уклону лога, или продольному уклону постоянного водотока. В курсовом проекте продольный уклон принимается в соответствие с заданием.

1.6. Строительный подъём середины трубы принимается в соответствии с [1]:

- при высоте насыпи свыше 12 м в соответствии с расчетом ожидаемых

осадок от веса грунта насыпи;

-при высоте насыпи 12 м и менее;

-при фундаментах на песчаных, галечниковых и гравелистых грунтах основания — 1/80 Н (Н- высота насыпи);

- при фундаментах на глинистых, суглинистых и супесчаных грунтах основания — 1/50 Н;

- при грунтовых подушках из песчано-гравелистой или песчано-щебеночной смеси 1/40 Н;

1.7.Размеры конструктивных элементов для железобетонных круглых труб принимаются

- длина короткомерных звеньев - 1,0; 1,5 и 2,0 м;

- длина длинномерных звеньев - 4,5; 5,0 и 6,0 м;

- длина звеньев с плоской подошвой - 2,0 и 3,0 м;

- внутренний диаметр концевого звена у входного оголовка - 1,2 Д (Д- размер внутреннего диаметра);

- толщина стенки звена с ненапрягаемой арматурой t = 0,1 Д ;

- толщина стенки звена для труб из предварительно напряженного железобетона t = 0,05 Д + 0,025 м;

1.8.Размеры элементов для железобетонных прямоугольных труб:

- размеры отверстия типовых труб принимаются в соответствии с таблицей 1.1

Таблица 1.1

Отверстия типовых прямоугольных труб

- для труб из контурных звеньев длина звена принимается:

при ширине отверстия до 1,25 м - 2,0 м;

при ширине отверстия до 3,0 м - 1,0 м;

при ширине отверстия более 3,0 м - 0,75 м, 1,0 м.

- контурные звенья объединяются в секции по 3 - 4 звена, высота входной секции может быть увеличена на 0,5 м;

- толщина стенок поперечного сечения звеньев принимается постоянной, t= 0,1 b;

- в углах сопряжения стенок с ригелем и лотком устраиваются вуты размером b_в×h_в= 0,15×0,15 м.

- по продольной оси звена с верхней внешней грани устраивается подуклонка высотой h _n= 0,02b;

- для труб из плитных элементов длина плит принимается- 3,0 м ;

- толщина ригеля и лотковой плиты назначается равной t_р= 0,1b, толщина стеновых плит t_с= 0,1h;

1.9. Размеры элементов для круглых стальных гофрированных труб:

- размеры гофра при диаметре отверстия до 3 м - l× h = 130 × 32,5 мм и толщине листа от 1,5 до 2,5 мм;

- при диаметре отверстия свыше 3 м - l× h =150 × 50 мм и толщине листа от 1,2 до 7,0 мм (см. рис. 1.1.);

- ширина листов по длине трубы для гофра 130 × 32,5 мм - 975 мм, для гофра 150 × 50мм - 1150 мм;

- длина листов принимается в зависимости от диаметра отверстия и целого количества стыкуемых в нахлестку листов;

Рис. 1.1. Профили гофрированной стали для труб

1.10. В трубах с оголовками:

- размеры портальной стенки: ширина блока В_n =D(b)+ t+ 0,05(м);

высота блока h_n= a + D(h) + 1,5 (м); толщина блока b_n = 0,30 ÷ 0,35 м; ширина пяты - 2b_n. Здесь D, b, h - диаметр отверстия круглых, ширина и высота отверстия прямоугольных труб соответственно; t- толщина стенки звена; a- высота парапета портала a= t+0,45 м.

- размеры открылков: высота у портала h_от = h_n ; у свободной грани

h^'_от=1,5 + 0.2 (м); длина скошенной части l_от = 1,5×(h_от - h^'_от); толщина открылка 0,25 ÷ 0,30 м.

1.11. Тип и размер фундаментов в курсовом проекте задаются или назначаются самостоятельно, исходя из грунтовых условий и конструкции водопропускной трубы.

1.12. Размеры укреплений монолитным бетоном и сборными железобетонными плитами назначаются в зависимости от конструкции трубы, уклона лога и размеров оголовков;

1.13. В пояснительной записке назначенные размеры элементов трубы указываются на чертежах формата А4 не менее, чем в 2^х проекциях с точностью- 10 мм для железобетонных элементов и 1 мм для металлических гофрированных труб.

1.14. Армирование элементов железобетонных труб и назначение толщины стенки металлических труб из гофрированной стали производится на основе выполненных статических расчетов. Назначение размеров и расположение конструктивной арматуры производится в соответствии со СНиП 2.05.03.-84*.

1.15. Статический расчет водопропускных труб производится с действующими нормативными документами, а также справочной литературы и документами рекомендованными к использованию Министерством транспорта РФ. Ссылка на соответствующие документы приводится по тексту настоящих указаний.

2. Расчетные схемы труб под насыпями дорог

2.1. Расчетная схема трубы зависит от способности конструкции включаться в совместную работу с окружающей грунтовой средой. В общем случае принято различать жесткие трубы, к которым относятся все железобетонные, и гибкие из гофрированной стали. Жесткие не способны деформироваться под воздействием внешней нагрузки без образования трещин и разрушения. В гибких трубах за счет прогиба верхней части происходят деформации в направлении грунтовой среды, что приводит к образованию зоны упругого отпора грунта, которая включается в совместную работу с трубой.

2.2. Нормативными документами основными нагрузками при статическом расчете водопропускных труб приняты [1]: давление грунта насыпи и давление грунта от подвижного состава. Собственный вес и наличие воды в трубах из контурных звеньев и гофрированных трубах не учитывается. Для труб из плитных элементов согласно [6] следует дополнительно учитывать собственный вес и вес столба воды в трубе.

2.3. Вертикальное и горизонтальное давление грунта принимается равномерно распределенным по ширине и высоте трубы, что является не в полной мере соответствующим реальным условиям, но незначительно влияет на конечные результаты расчета.

2.4. В продольном направление воздействие нагрузок рассматриваются на сечения равные 1 погонному метру трубы.

2.5. Расчетные схемы воздействия нагрузок показаны на рис. 2.1. для круглых труб и рис. 2.2. для прямоугольных труб.

Рис. 2.1. Расчетные схемы круглых труб:

а) жестких железобетонных; б) и в) гибких из гофрированной стали

2.6. В расчетных схемах (см. рис. 2.1 б и в) для круглых труб из гофрированной стали угол без отпорной зоны принят 2φ₀ = 90^°, а также не учитывается боковое давление грунта, что можно рассматривать как дополнительный запас надежности сооружения. Для труб большого диаметра (рис. 2.1 в) предусматривается шарнирное закрепление гофрированной стали в пределах от ¼ до ⅓ диаметра от подошвы трубы.

Рис. 2.2. Расчетные схемы прямоугольных труб:

a) железобетонных из цельносекционных блоков;

б) железобетонных из плитных элементов

2.7. Для прямоугольных железобетонных труб из цельносекционных блоков (см. рис 2.2 a) расчетная схема представляет собой замкнутую раму, испытывающую вертикальное горизонтальное активное давление грунта, а также реактивное давление со стороны лотка. В трубах из плитных элементов (см. рис. 2.2 б) расчетная схема принимается в виде четырехшарнирной рамы, лотковая плита которой расположена на упругом основании.

3. Расчетные давления на элементы труб

3.1. При расчете труб под насыпями рассматриваются давления на элементы тела трубы от грунта засыпки и от давления грунта от подвижного состава временной нагрузки.

3.2. Воздействия временной транспортной нагрузки следует рассмотреть в следующих вариантах:

- временная нагрузка над трубой и обеими призмами обрушения;

- временная нагрузка над трубой;

- временная нагрузка от построечного транспорта при минимальной засыпке над трубой.

3.3. Нормативное вертикальное давление грунта от веса насыпи на звенья труб определяется в соответствии с [1] и [2] по формуле:

P_νρ = С_ν ×γ_n ×h, кПа , (3.1)

где γ_n — нормативный удельный вес грунта, кН/м ³ ;