ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ


МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА В УСЛОВИЯХ
НАЛЕДЕОБРАЗОВАНИЯ И МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
(ДЛЯ ОПЫТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА)

1. РАЗРАБОТАН ФГУП "Союздорнии".

2. ВНЕСЕН Управлением инноваций и технического нормирования в дорожном хозяйстве Государственной службы дорожного хозяйства.

3. ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ распоряжением Министерства транспорта Российской Федерации от 25.08.2003 N ОС-753-р.

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие Методические рекомендации относятся к районам распространения многолетнемерзлых грунтов и наледеобразования.

Эти районы характеризуются продолжительной зимой с низкими температурами воздуха, глубоким сезонным промерзанием, значительным распространением вечномерзлых грунтов и слабых переувлажненных грунтов.

Многолетняя эксплуатация водопропускных труб на дорогах Западной и Восточной Сибири, Забайкалья и других районов позволила оценить особенности работы в этих условиях труб различного поперечного сечения, выполненных из различных материалов.

Для этих районов характерны: непосредственное влияние на конструкции низкой температуры и значительных ее колебаний, в том числе в совокупности с увлажнением; силовое воздействие на трубы окружающего грунта в связи с морозными факторами - пучением, оттаиванием мерзлоты и т.п.; воздействием наледей на трубы.

Подобные воздействия приводят к тому, что в суровых климатических условиях водопропускные трубы значительно чаще и в большей степени подвержены различным деформациям, чем в обычных условиях. В связи с этим к ним, их конструкции и технологии строительно-монтажных работ должны предъявляться повышенные требования.

Рекомендации составлены с использованием как общей нормативно-методической литературы (СНиП 2.02.04-88, СНиП 2.02.01-83), так и специальной (Методические рекомендации по проектированию и постройке металлических гофрированных конструкций больших диаметров. АО ЦНИИС, 2002 г.).

Методические рекомендации разработали:

от ФГУП "Союздорнии":

В.Д.Казарновский, д-р техн. наук, проф., научн. рук.; С.Е.Гречищев, д-р г.м.наук, проф., научн. рук.; В.А.Зельманович, инж.; Ю.Б.Шешин, канд. г.м.наук, отв. исп.;

от Росдорнии:

В.И.Климешов.

Методические рекомендации предназначены для опытного строительства, которое должно осуществляться при научном сопровождении организаций-разработчиков. При этом должны предусматриваться стационарные наблюдения за построенными конструкциями в процессе их опытной эксплуатации с целью последующей корректировки настоящих Рекомендаций.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

     1.1.Условия применения металлических труб большого диаметра

1.1.1. Методические рекомендации распространяются на проектирование и постройку металлических гофрированных водопропускных труб и водопропускных сооружений из гофрированных структур комплектной отечественной и импортной поставки отверстием до 8 м на автомобильных дорогах в районах вечной мерзлоты и наледеобразования.

При разработке проектов следует соблюдать требования действующих нормативных документов и государственных стандартов.

1.1.2. Проектирование металлических гофрированных водопропускных сооружений следует осуществлять на основании технико-экономического обоснования целесообразности их применения в конкретных условиях строительства.

1.1.3. Применение гофрированных труб с отверстием менее 5 м на водотоках при наличии ледохода, карчехода, селевых потоков и наледеобразования не допускается. Водопропускные сооружения из гофрированного металла с отверстием 5 м и более по технологии и из материалов зарубежных фирм на подобных водотоках проектируют в комплексе с противоналедными мероприятиями по соответствующим требованиям и нормам проектирования мостов при гарантии их надежной эксплуатации.

1.1.4. Водопропускные сооружения из гофрированных металлических структур (отверстием более 3 м) рассчитывают на пропуск водного потока только в безнапорном режиме и проектируют по нормам проектирования мостов.

Возвышение высшей точки внутренней поверхности трубы над горизонтом воды в трубе при расчетном расходе и безнапорном режиме должно быть не менее 1/4 высоты трубы в свету.

1.1.5. Наименьшую толщину засыпки над звеньями труб следует принимать согласно СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы равной:

на автомобильных дорогах, а также на дорогах и на улицах городов и поселков - 0,5 м до низа дорожной одежды, но не менее 0,8 м до верха дорожного покрытия.

Минимальная толщина над сводом водопропускных сооружений больших отверстий из гофрированного металла, в том числе импортной поставки, следует проверять расчетом.

При армировании грунтовой обоймы и устройстве мембраны из объемных георешеток над шелыгой свода трубы, а также при осуществлении других специальных конструктивно-технологических мероприятий толщина засыпки может быть уменьшена с проверкой достаточности расчетом. Толщина засыпки над трубой в период строительства должна обеспечивать возможность пропуска строительных машин и механизмов.

1.1.6. Расчет труб и пойменных насыпей на воздействие водного потока следует производить, как правило, по гидрографам и водомерным графикам расчетных паводков. При этом вероятности превышения максимальных расходов расчетных паводков следует принимать с учетом категории дороги в соответствии с требованиями СНиП 2.05.03-84* (табл.3*).

1.1.7. Бровка земляного полотна на подходах к трубам должна быть не менее чем на 0,5 м выше отметки подпорного уровня, определяемого по наибольшему расходу расчетных паводков для автомагистралей.

1.1.8. Основные размеры труб и водопропускных сооружений из гофрированных металлоконструкций (гофрированных элементов, секций, крепежа) приведены в приложениях 1 и 2.

1.1.9. Внутренняя и наружная поверхности труб и водопропускных сооружений из гофрированных металлических структур должны иметь основное защитное антикоррозийное покрытие, а в необходимых случаях и дополнительные защитные антикоррозийные покрытия.

1.1.10. До начала производственных работ строительная организация должна получить от заказчика полную техническую документацию.

Рабочие чертежи сооружения должны содержать:

- физико-механические характеристики грунтов основания и грунтов засыпки (пластичность, максимальную стандартную плотность, оптимальную влажность, общий компрессионный модуль деформации, коррозионную активность воды и грунта), данные о мерзлотно-грунтовых условиях - глубину сезонного оттаивания-промерзания, температурный режим грунтов, в том числе температуру на уровне нулевых годовых амплитуд, данные о физико-механических свойствах грунтов в талом, мерзлом и оттаивающем состояниях (льдистость, теплофизические характеристики, просадочность при оттаивании, пучинистость при промерзании и др.);

- полные физико-механические характеристики армирующих материалов грунтовой обоймы;

- полные физико-механические характеристики металлических гофрированных элементов и крепежа;

- полные геометрические характеристики металлических гофрированных элементов и их раскладку и схемы сборки по сооружению;

- данные по типу и способу нанесения антикоррозийного покрытия;

- указания по технологии сборки водопропускного сооружения, включая устройство основания, фундаментов и формирование грунтовой (армогрунтовой) обоймы.

1.1.11. Характеристики грунтов для засыпки труб и оснований должны быть получены по данным изысканий и лабораторных анализов образцов грунта из выработок по дну лога (если предполагается верхний слой грунта использовать в качестве основания), а также карьеров грунта для засыпки труб. При этом следует руководствоваться указаниями СНиП 11-02-96 главы "Инженерные изыскания для строительства".

1.1.12. Изготовленные на заводе или приобретаемые по импорту элементы гофрированных водопропускных сооружений, включая болты, гайки, шайбы, должны иметь сертификаты качества с паспортами. В период постройки гофрированных водопропускных сооружений следует составлять акты приемки отдельных видов работ и в целом сооружения.

     1.2. Номенклатура металлических труб

1.2.1. Конструкция трубы должна состоять из отдельных элементов - гофрированных листов, изогнутых по заданной кривизне и образующих между собой при соединении продольные (вдоль оси трубы) и поперечные (кольцевые стыки). Форма поперечного сечения труб может быть как круглой, так и эллиптической.

1.2.2. Металлическую гофрированную конструкцию составляют из структур - гофрированных листов, изогнутых по форме ее поперечного сечения. Элементы имеют гофры высотой 50 мм с гребнями через 150 мм. Размеры листов по окружности - 2000 мм, а вдоль конструкции - 900 мм. Толщина листов до 7 мм. Собственный вес стальной конструкции при толщине листа 7 мм (на 1 м) - 23,6 кН/м. Торцы труб в сооружении срезают или вертикально, или параллельно откосу насыпи, т.е. практикуют устройство безоголовочной трубы. Сведения о физических характеристиках и профилях гофрированных листов см. в приложении 1. Размеры металлических листов могут иметь ширину 1220, 1465, 2195 мм или длину от 3152 до 3762 мм.

1.2.3. Соединение элементов в продольном и поперечном направлении осуществляют внахлестку на высокопрочных болтах диаметром 20 мм. Причем установку болтов осуществляют изнутри свода трубы, а закрепление гайками - снаружи. В лотковой части трубы крепление выполняют в обратной последовательности. В продольных стыках принято двухрядное расположение болтов, причем в шахматном порядке (13 болтов в пределах звена). В поперечных стыках расположение болтов однорядное с шагом по окружности 232,5 мм. Гофрированные элементы, болты, гайки изготавливают из стали марки S233JRG2 с пределом прочности 340-470 Н/мм. Химический состав: углерод (С) - 0,08%, кремний (Si) - 0,2%, марганец (Мn) - 0,31%, медь(Сu) - 0,008%. Сведения о крепежных изделиях см. в приложении 2.

Предел текучести стали - 2350 кгс/см (по финскому стандарту EN 10025, что соответствует марке стали Ст 3пс, СП по ГОСТ 380-88 и пределу текучести =2400 кгс/см).

Защита от коррозии выполняется в заводских условиях покрытием горячей оцинковкой толщиной 85 мкм.

1.2.4. В условиях вечной мерзлоты и наледеобразования рекомендуются к применению листовые волнистые профили из стали марки 09Г2Д (по СНиП 2.05.03-84*, стр.77) по ГОСТ 17066-94 и ГОСТ 19281-89. Сталь импортных поставок должна быть аналогичного качества по химическому составу и физико-механическим характеристикам.

1.2.5. Болты крепления следует применять из сталей 25Х и 38ХА по ГОСТ 4543-71*, допускается применять болты из сталей марок 20, 30, 35 по ГОСТ 1050-88*. По согласованию с заказчиком допускается применение (наряду с импортными) отечественных креплений для импортных поставок гофрированных структур. Минимальную толщину листа (с гофром) рекомендуется принимать 2,75 мм. Отверстия под болты поперечных стыков должны быть овальной формы, вытянутой вдоль длинной кромки листа. Для гофрированных труб импортной поставки крепежные элементы должны быть сертифицированы, а схема расположения отверстий под болты должна быть также указана в сертификате.

1.2.6. Основным средством защиты элементов труб от коррозии является цинковое покрытие с толщиной слоя не менее 80 мкм, наносимое на внутреннюю и наружную поверхности элементов. Применение металлических труб в сильноагрессивных средах не разрешается. В районах вечной мерзлоты необходимы дополнительные защитные покрытия на основе полиуретановых материалов.

     1.3. Требования к конструктивным решениям водопропускных сооружений на основе металлических гофрированных структур

1.3.1. Металлическая гофрированная структура (труба круглого или квадратного сечения) должна быть запроектирована таким образом, чтобы была обеспечена ее совместная работа с грунтом насыпи.

1.3.2. Конструктивные решения водопропускных сооружений должны обеспечивать:

- эксплуатационную надежность сооружения при наименьших затратах на его содержание в течение всего срока службы;

- сборку трубы на строительной площадке при наименьших затратах труда;

- возможность перевозки элементов труб различными видами транспорта.

2. ОСОБЕННОСТИ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ И ПРОЦЕССОВ, ТРЕБУЮЩИХ
УЧЕТА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ  ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ
В ЗОНЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ И НАЛЕДЕОБРАЗОВАНИЯ

     2.1. Особенности стока в I дорожно-климатической зоне

Определение расчетных значений стока рек и малых водотоков производится с целью дальнейшего назначения количества и диаметра труб водопропуска. В северной дорожно-климатической зоне при этом необходимо иметь в виду гидрологические и мерзлотные особенности водотоков, наличие сквозных и несквозных подрусловых таликов, подрусловых водоупоров, распространение наледей и др. Сток в этой зоне значительно больше, т.к. близко к поверхности залегают многолетнемерзлые породы (ММП), не дающие возможности влаге проникать вниз под действием гравитационных сил; вода накапливается над слоем ММП и затем изливается на поверхность земли, значительно увеличивая как объем стока с бассейнов, так и опасность появления наледных явлений. Назначение расчетных величин стока следует производить согласно методикам, изложенным в следующих публикациях:

- Инструкция по расчету стока с малых бассейнов. ВСН 63-76. Минтрансстрой СССР и МПС СССР. М., 1976, 104 с.;

- Водопропускные трубы под насыпями. Под ред. О.А.Янковского. М., Транспорт, 1982, с.232;

- Руководство по расчету ливневого стока воды с малых бассейнов. ВНИИтрансп. стр-ва. М., 1978, с.44.

     2.2. Особенности термомеханического взаимодействия водопропускных труб и грунтов насыпи

2.2.1. Конструирование и расчет конструктивных параметров пропусков (прежде всего водопропусков) в насыпях следует производить на основе расчета напряженно-деформированного состояния пропускных труб, что позволяет подойти к назначению толщины стенки труб и выбору конструкции фундаментов трубы. Не менее важна и связанная с этой проблемой задача расчета напряженно-деформированного состояния грунтов, взаимодействующих с пропускными трубами, т.к. в окрестностях пропусков часты разрушения насыпей.

2.2.2.В районах вечной мерзлоты и наледных процессов основными причинами возникновения недопустимых деформаций водопропускных труб и разрушения насыпей являются:

- забитость труб наледным льдом на наледных участках и, как следствие, недопустимое повышение уровня воды в паводок, приводящее к разрушению насыпи над трубами вследствие фильтрации паводковой воды через тело насыпи в ее верхней, наиболее водопроницаемой части;

- возникновение наледей на участках водотока, где их не было до строительства насыпи, в связи с изменившимися после строительства гидрологическими условиями (когда насыпь начинает работать как плотина, особенно, после того как в ней сформируется мерзлое ядро) и развитием паводковых фильтрационно-эрозионных процессов (см. выше);

- замерзание и дальнейшее сильное понижение температуры грунта вокруг трубы зимой, приводящее к температурному растрескиванию грунта насыпи, образованию над трубой вертикальной сквозной трещины поперек дороги и тела насыпи и дальнейшему размыву по этой трещине паводковыми водами;

- замерзание и пучение грунта вокруг трубы в осенне-зимний период в связи с ее избыточным охлаждением и возникновение давления пучения как в связи с криогенной миграцией поровой влаги, так и в связи с возможностью образования при определенных условиях замкнутых, временно еще незамерзших, объемов грунта внутри насыпи;

- давление оттаявшего грунта насыпи на трубу в связи с избыточным отеплением изнутри трубы летом;

- пучение фундамента трубы зимой;

- осадка оттаивания грунтов под фундаментом трубы летом;