Методические рекомендации по применению металлических труб большого диаметра в условиях наледеобразования и многолетнемерзлых грунтов (для опытно-экспериментального строительства)

     4.4. Конструктивные решения устройства водопропускных труб в условиях вечной мерзлоты и наледеобразования

4.4.1. Конструктивное решение для обеспечения надежности работы водопропускных труб на наледных участках назначается в каждом конкретном случае с учетом генезиса наледи, гидрогеологических, инженерно-геокриологических условий наледного участка, рельефа местности и др.

4.4.2. Надежность работы водопропускных сооружений в наледных условиях может быть повышена за счет ряда конструктивных решений. К ним относятся: применение труб с отверстиями, увеличенными в 1,5-2 раза, многоярусных - со ступенчатым расположением очков; устройство фильтрующих участков насыпи и др.

4.4.3. Регулирование наледного процесса следует осуществлять, воздействуя на процессы промерзания (утепление русл, устройство теплоизоляционных прослоек в основании труб; сосредоточение потоков в утепленных лотках, закладка обогревающих кабелей и т.д.). Наиболее эффективными способами ослабления процесса наледеобразования или его полной ликвидации являются: осушение местности (дренаж); углубление или спрямление русл водотоков; создание условий наледеобразования на безопасном от водопропускной трубы расстоянии путем устройства мерзлотных и наледных поясов.

4.4.4. Общие требования к конструкциям водопропускных труб в районах с суровыми климатическими условиями согласно книге "Водопропускные трубы под насыпями", а также по действующим нормативным документам, сводятся к следующему: отверстие и высота в свету труб на автомобильных дорогах общей сети должна быть не менее 1,5 м; гидравлические характеристики труб должны обеспечивать безнапорный режим пропуска водотока; аккумуляция воды перед сооружением не допускается. К применению труб в местах возможного наледеобразования предъявляются специальные требования.

4.4.5. Конструирование фундаментов труб в районах с глубоким сезонным промерзанием производится с предотвращением деформаций труб в связи с возможным пучением грунта. Для этой цели принимают меры, исключающие нормальные силы пучения по подошве фундамента (путем ее заложения ниже расчетной глубины промерзания) и уменьшение воздействия касательных сил по боковым граням.

Для труб расчетную глубину сезонного промерзания по данным наблюдениям за период не менее 10 лет за фактическим промерзанием грунтов под открытой, оголенной от снега поверхностью горизонтальной площадки при уровне грунтовых вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания, и при отсутствии этих данных определяют на основе теплотехнических расчетов. Глубину заложения фундаментов труб назначают не менее чем на 0,25 м ниже расчетной глубины промерзания грунтов, а при скальных, крупнообломочных гравийных и крупнопесчаных грунтах основания - независимо от глубины промерзания грунтов.

4.4.6. В качестве основания для водопропускных труб вечномерзлые грунты используются по двум принципам: I - с обеспечением мерзлого состояния в течение всего периода эксплуатации; II - в оттаивающем или оттаявшем, т.е. без сохранения вечной мерзлоты. При этом для каждой конкретной трубы должен применяться только один из этих принципов. В пучинистых грунтах расчет фундаментов следует производить согласно указаниям СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. В непучинистых грунтах, если их нижняя граница залегает не менее чем на 1 м ниже расчетной глубины промерзания и в зоне промерзания отсутствуют напорные грунтовые воды, подошву фундамента допускается закладывать в пределах слоя сезонного промерзания-оттаивания.

Повышение устойчивости против воздействия касательных сил пучения грунта достигается устройством фундаментов (оголовков и концевых секций труб) с анкерными выступами или с наклонными гранями, а также применением для засыпки фундаментов дренирующего грунта.

4.4.7. Конструкцию трубы и форму поперечного сечения выбирают в зависимости от типа водотока, вероятности наледеобразования, инженерно-геологических условий, степени агрессивности воды и грунта, рельефа местности и других факторов. Следует применять металлические гофрированные трубы. При наличии в основании пучинистых грунтов несколько увеличивают толщину грунтовой подушки под трубой. Ее следует принимать такой, чтобы величина пучения не превышала допустимого значения.

4.4.8. Применение гофрированных труб на вечномерзлых грунтах регламентировано. Их разрешается применять только при первой (относительная осадка <0,01) и в отдельных случаях второй (0,010,1) категории просадочности, когда суммарная величина осадки грунтов основания в оттаявшем состоянии может быть компенсирована строительным - подъемом. При сильносжимаемых (0,10,4) и просадочных (>0,4) грунтах рекомендуется разрабатывать индивидуальные проекты труб. Сооружать трубы следует с наименьшим нарушением естественного состояния мерзлых грунтов, избегая, как правило, устройства приемных колодцев, глубоких бетонных, железобетонных и других экранов, различных врезок в мерзлые грунты.

4.4.9. Активизация наледных процессов в связи с постройкой водопропускных труб вызывается нарушениями водно-теплового режима поверхностных и грунтовых вод.

Для поверхностных вод к таким нарушениям относят удаление торфяно-мохового и растительного покрова в полосе отвода, уширение русл и их укрепление каменной отмосткой или бетоном и др. Их следствием является резкое увеличение теплопотерь водотоком и в связи с этим более быстрое, чем в бытовых условиях, перемерзание непосредственно у сооружения.

Для подрусловых потоков нарушения условий, способствующих образованию наледей, вызываются: экранирующим действием массивных фундаментов труб и увеличением промерзания грунтов вблизи фундаментов; увеличением промерзания грунтов при наличии каменного или бетонного мощения; уплотнением грунтов основания под действием веса насыпи. Следствием этих факторов является стеснение подруслового потока, возникновение напора подземных вод и их прорыв (по наиболее слабому месту) на поверхность с последующим промерзанием. Такое место может оказаться, например, у входного оголовка трубы при значительных отложениях снега, где глубина промерзания обычно меньше, чем в бытовых условиях.

В районах вечной мерзлоты водоупором во многих случаях служит поверхность мерзлого грунта. Ее сравнительно близкое залегание повышает вероятность проявления здесь наледей.

4.4.10. Для уменьшения объемов работ по текущему содержанию и повышения надежности сооружений следует применять технические решения, в числе которых конструктивное приспособление труб к пропуску воды при частичном затоплении отверстия льдом. К таким решениям относится применение труб: бетонных прямоугольных с отверстиями, увеличенными против расчетных; многоярусных; многоочковых со ступенчатым расположением очков; в комплексе с фильтрующими участками насыпей.

4.4.11. При наледях, высота которых невелика (порядка 1 м), предложены Р.Е.Подвальным и построены в опытном порядке многоочковые трубы со ступенчатым расположением очков. В таких трубах 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 труб являются распластанные лога, где обычно даже средние наледи имеют высоту менее 1 м. Бесфундаментные конструкции труб в этих сооружениях не нарушают естественного состояния грунтов основания и режима подземных потоков, что особенно важно при строительстве на вечномерзлых грунтах.

4.4.12. При трубах с частичным затоплением отверстий наледным льдом необходимо учитывать влияние наледи на элементы трубы, а также на земляное полотно. При отложении наледи в непосредственной близости от земляного полотна рекомендуется отсыпать его из дренирующего грунта, а насыпи из дренирующего грунта проектировать с бермами с нагорной стороны или предусматривать специальное укрепление этих откосов.

4.4.13. В качестве противоналедного мероприятия следует применять предотвращение воздействия наледей на искусственные сооружения и земляное полотно, в том числе: перенос трассы дороги на участки, где вероятность появления наледей существенно понижается; осушение территории устройством вертикальных или горизонтальных дренажей, каптажа и исключение тем самым условий наледеобразования; осуществление мероприятий по безналедному пропуску водотока в морозный период; удержание наледей вдали от сооружений (мостов, труб, дорог).

4.4.14. Основным мероприятием в конструктивном обеспечении безнапорного режима протекания является концентрация водотока на подходах и в пределах трубы с целью создания ему оптимального теплового режима. В пределах сооружения устраивают лоток. Вне сооружения рекомендуется спрямлять русло водотока и углублять его, а также устраивать железобетонные лотки открытого или закрытого типа. Уклон канав и лотков во избежание их заиливания обычно применяют не менее 0,01. Закрытые лотки устраивают укрепленными, применяя для укрепления дерево, мох или торф, а также вспененные пластмассы - пенопласты различной модификации. Вопрос о необходимой степени концентрации водотока, а следовательно, о размерах лотка и его утеплении решается на основании расчета в зависимости от климатических условий, характеристики водотока и конструкции водоотвода. При необходимости может быть предусмотрен искусственный подогрев воды.

4.4.15. В качестве постоянных противоналедных сооружений в комплексе с трубами применяются (отдельно или в сочетаниях) специальные валы и заборы, наледные и мерзлотные пояса, водонепроницаемые экраны. Эти сооружения способствуют активизации процесса наледеобразования и удержанию наледи вдали от трубы.