Файл: Металлические гофрированные трубы под насыпями..pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 125

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ

ГОФРИРОВАННЫЕ

ТРУБЫ ПОД НАСЫПЯМИ

Под общей редакцией доктора технических наук профессора Н.М. Колоколова

М О С К В А , « Т Р А Н С П О Р Т » , 1 9 7 3

УДК 62-462.2

Металлические

гофрированные

трубы под насыпями.

К о л о к о ­

л о в Н. М.,

Я н к о в с к и й О.

А., Щ е . р б и н а К- Б.,

Ч е р н я ­

хо в с к а я С. Э. Изд-во «Транспорт», \97& г., стр. 1—120.

Вкниге приведен анализ отечественного и зарубежного опыта проектирования я строительства водопропускных дорожных труб из волнистого металла. Даны сведения о результатах обследования экс­ плуатируемых металлических труб, построенных в конце XIX в. и начале XX в. Приведены основные положения по выбору металла для гофрированных труб и способы защиты его от агрессивного воз­ действия окружающей среды. Рассмотрены выполненные в ЦНИИСе

иЛенпшротрансмосте исследования и проектные разработки кон­ струкций труб, методов их изготовления и монтажа на автомобиль­ ных и железных дорогах.

На основе выполненных авторами в ЦНИИСе исследований и ре­ зультатов опытно-экспериментального строительства изложены тре­ бования к конструкциям и методика расчета гибких металлических гофрированных труб, а также приведен технико-экономический ана­ лиз эффективности их применения.

Книга предназначена для инженерно-технических работников. Табл. 23, рис. 62, библ. 32.

Книга написана: д-ром техн. наук проф. Н. М. Колоколовым § 1 и введение; канд. техн. наук О. А. Янковским § 3—6, 13—16; инж. К. Б. Щербиной § 8—10, 12 и приложение; инж. С. Э. Черняховской § 2 , 7 , 1 1 .

м 3181—061 61-73

049(01)—73

И з д а т е л ь с т во «Транспорт», 1973.

ВВ Е Д Е Н И Е

Врешениях XXIV съезда КПСС ютмечена необходимость осуще­ ствления широкого технического прогресса во всех отраслях народ­ ного хозяйства на основе 'Использования наиболее передовых кон­

структивных и технологических решений, эффективных материалов и повышения производительности труда. Этим требованиям в обла­ сти транспортного строительства в полной мере отвечают конструк­ ции труб из гофрированногометалла.

Значительные успехи отечественной металлургической промыш­ ленности создают благоприятные условия для широкого использо­ вания гофрированного тонколистового металла волнистых -профи­ лей в конструкциях водопропускных труб на железных и автомо­ бильных дорогах. Такие сооружения по сравнению с железобетон­ ными и каменными обладают существенными достоинствами:

•высокой экономической эффективностью и эксплуатационной на­ дежностью;

простотой сборки л возможностью выполнения ее небольшим числом рабочих невысокой квалификации, а также короткими сро­ ками постройки сооружений, позволяющими быстро открывать дви­ жение по дороге;

малым весом элементов труб и удобством их перевозки любыми видами транспортных средств; простотой и экономичностью эксплу­ атации; высокой сопротивляемостью коррозии, обеспечиваемой уст­ ройством защитных покрытий в виде оцинковки, дополнительной битумной обмазки, асфальтирования лотков, а также применением новых видов металлов, устойчивых против коррозии; ,

возможностью использования гофрированных металлических конструкций для замены старых каменных арочных мостов, дере­ вянных эстакад и балочных мостов.

; Элементы труб благодаря малому весу и возможности склади­ рования в пачки весьма удобны для доставки на строительство как наземным, так и воздушным транспортом. Такие трубы применимы под насыпями значительной высоты, удобны для уширения дороги путем соответствующего наращивания секций, а также для рекон­ струкции и ремонта старых сооружений.

•В нашей стране металлические гофрированные трубы из волни­ стого металла1 были предложены еще в 1875 г. После заводских ис­ пытаний и строительства опытной трубы из волнистого оцинкован­ ного железа было уложено в .1887—1888 гг. около 1300 пог. м труб диаметром 0,53—1,07-л* на Закаспийской ж.-д.2 .

1 Для водопропускных труб под насыпями до настоящего времени применя­ ют гофрированный металл только волнистого профиля. Поэтому далее рассмотре­ ны трубы из волнистой стали.

а Здесь и далее приведены названия железных дорог, существовавшие до '1917 г.

3


Спустя несколько лет успешной эксплуатации, а 1896 г. Инже­ нерный совет МПС разрешил более широкое применение труб из гофрированного металла. Они были уложены на многих строивших­ ся в то время железных дорогах. В период между 1&87 и 1914 гг. на •железнодорожной сети было уложено около 64 ООО ног. м металли­ ческих труб, или примерно 5000 сооружений. На автомобильных до­ рогах гофрированные металлические трубы до 1914 г. сооружали •в очень редких случаях, а позднее совсем не применяли.

Изготовление труб впервые было налажено в 1875 г. на Петер­ бургском металлическом заводе, а с 19.00 г. и на Прушковском око­ ло Варшавы.

До последнего времени в нашей стране водопропускные трубы строили преимущественно из железобетона и бетона, круглого и прямоугольного очертания, с отверстиями от 0,5 до 4 м.'

За рубежом металлические водопропускные трубы были постро­ ены впервые в США, примерно в 1896 г. В других же странах их начали применять лишь в текущем столетии, а например в Японии только в последние два десятилетня. .Первоначально из гофрирован- •ного металла строили трубы сравнительно небольших отверстий (до 2 м), позднее по мере выпуска металлургической промышлен­ ностью гофрированного металла более мощного профиля, а также после соответствующих исследований таких конструкций за рубе­ жом появились крупные сооружения из волнистой стали: мосты ти­ па арочных труб, путепроводы, тоннели, ограждающие сооружения и т. п. Например, во Франции металл часто попользуют для усиле­

ния старых каменных мостов путем

гильзования их

металлической

i о ф:р ир ов ан н ой конет рукцией.

 

долговечности,

Исследования, проведенные в США по вопросу

коррозиоустойчивости и надежности

гофрированных

оцинкованных

металлических конструкций позволили рекомендовать такие трубы как в суровых климатических условиях Канады и Аляски, так и в жарких тропических районах Африки, Азии и Южной Америки.

Обобщив в 1968—<1970 irr. отечественный и зарубежный опыт применения .гофрированного металла для строительства малых ис­ кусственных сооружений, особенно водопропускных труб, проведя дополнительные лабораторные исследования, а также опытное строительство нескольких труб под железнодорожными насыпями, ЦНИИС .разработал нормативный документ — Технические указакия по проектированию, изготовлению и постройке металлических •гофрированных водопропускных труб (ВСН 176-71) на железных и автомобильных дорогах. Ленгипротрансмостом даны рабочие чер­ тежи на трубы для отверстий 1—3 м.

'В системе Главетройпрома Министерства транспортного строи­ тельства СССР создано специализированное предприятие — завод по изготовлению элементов гофрированных труб из волнистого ме­ талла с проектной мощностью 2,6 тыс. Т конструкций в год. В 1972 г. изготовлена заводом и передана строителям дорог первая

.:артия таких конструкций.


Г л а в а I

 

О П ЫТ П Р И М Е Н Е Н И Я И Э К С П Л У А Т А Ц И И

 

М Е Т А Л Л И Ч Е С К И Х ТРУБ

i

§ 1. ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ

 

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ

В настоящее время накоплен достаточный опыт эксплуа­ тации металлических гофрированных труб, находящихся под насыпями железных и автомобильных дорог в нашей стране и

за рубежом. За многолетний период службы эти сооружения были неоднократно обследованы и испытаны, в результате чего установ­ лены их экономичность, долговечность и надежность в работе.

Впервые трубы из волнистого металла 'были построены в России.

До

1901 г. гофрированный металл

для труб отверстиями 0,64—

1,07 м применяли из сортаментов1 : 87Х| 15 и 1(38 X 34 мм с толщиной

листа

1,0 и 1,2 мм. Из такого металла

'было построено 524 водопро­

пускных 'сооружения. Позже при строительстве Оренбург-Ташкент­

ской ж. д. для труб тех же отверстий был применен

металл другого

сортамента —60X116 и '10.0Х'50 мм с толщиной листа

в 1,2 и 1,6 мм.

Все металлические трубы, уложенные на железных

дорога'х России

в конце XIX в., имели круглое очертание (.рис. 1). Обращает вни­

мание большое разнообразие размеров и профилей сортаментов ме­ талла (рис. 2), применявшихся в этот период.

Неудачный опыт на Оренбург-Ташкентской ж. д. эксплуатации металлических труб из металла с уменьшенными размерами гофра вызвал необходимость в 1913 г. массорого обследования их состоя­

ния на ряде железных дорог России.

Обследовано

.было свыше

60 000 пог. м водопропускных труб на

Закаспийской,

Самарканд-

Андижанской, Закавказской, Николаевской, Оренбург-(Ташкент­

ской,

ОКоканд-Наманганекой

и других дорогах, построенных в

1885—W918 гг., срок службы которых достигал 28 лет.

В

результате обследования

установлено, что 68,3 тыс. пог. м,

т. е. 93% от общего числа обследованнысс сооружений, имели удов­ летворительное состояние. Так, из числа обследованных труб общей протяженностью 1300 пог. м, расположенных на Закаспийской, Са­ марканд-Андижанской железных дорогах и на Мургабской ветке, срок эксплуатации которых достигал 26—28 лет, оказалось 2,6% не­ исправных, из них: 1,4% имели просадку и сплющивание попереч­ ного сечения; 1,2% —были поражены коррозией; 0,03% имели раз­

личные другие

дефекты.

Прогиб

(сплющивание) большинства де-

1 Сортамент

показывает

длину

и высоту волны гофра. Так, сортамент

37Х(15 мм соответствует гофрированному металлу с длиной волны гофра 37 мм и 'высотой 15 мм.

5


Установлено, что отдельные сооружения, оказавшиеся в неудов­ летворительном состоянии, 'были уложены на солончаковые грунты юез дополнительной изоляции, с плохой оцинковкой металла и без защиты лотков бетоном.

Вторичное широкое обследование :2334 водопропускных труб, значительное число которых (табл. 1) расположено на Ташкент­ ской ж.-д., проведено в 1941 >г. Результаты обследования, которым охвачено было около .половины всех труб, .находившихся в то время эксплуатации, убедительно 'показывают, что 90% сооружений пос­ ле '26—54-летней эксплуатации находились в удовлетворительном

состоянии, несмотря на сравнительно

малую толщину (около 1 мм)

и небольшую высоту гофра

металла

труб. iB неудовлетворительном

состоянии оказалось '10% сооружений, которые

потребовали пере­

устройства, как'правило,

из-за •повреждения

металла коррозией.

Характерно, что число труб, сильно пораженных коррозией, далеко не пропорционально сроку службы и в значительной мере зависит

от

качества

металла и выполненной изоляции-особенно для труб,

построенный в неудовлетворительных по агрессии местах.

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 1

 

 

Количество

Срок службы

 

 

 

 

 

Г о д

постройки

в период

 

Данные

обследования

 

 

труб

обследованных обследования,

 

 

 

 

труб

года

 

 

 

 

 

 

1887-1897

124

44-54

- Неисправных труб не обнаружено

 

1897

191

44

Неисправных

труб

52%;

из них

 

 

 

 

4,7%

поражены «аррозией,

имеют

 

1912

156

29

большую просадку и прогиб

 

 

Неисправных

труб

14% (поражены

 

1897

412

44

коррозией)

 

 

 

 

Неисправных труб

18,4%;

из них:

 

 

 

 

•1S% поражены коррозией, 3,4% име­

 

1915

757

26

ют большую просадку и прогиб

 

Неисправных

труб

Ы,4%;

из них:

 

 

 

 

4,8% поражены коррозией*.6,6% #ме-

 

1912-1915

694

26-29

ют 'большую просадку и прогибы

 

Неисправных

труб

6,5%,

из них:

 

 

 

 

4,2% поражены коррозией, 2,3% име­

 

 

 

 

ют значительную просадку и прогиб

 

•Так, инж. Сумароков

В. А.,

работник службы

эксплуатации

Оренбургской ж. д., в докладной

записке

в адрес МПС в *19бЗ r t

приводит интересные данные о '50-летней эксплуатации металличе­ ских 'гофрированных труб, уложенных в 1903 г. на участке Орен­ бург — Джусалы (табл. 2). Здесь было построено 197 труб отвер­ стием 0,164—1,07 м из (Гофрированной оцинкованной стали толщи­ ной в 1 мм с двумя типами гафров: один с длиной волны 60 мм и высотой 16 -мм использован для труб отверстием 0,70 и 1,07 м; вто­ рой тип с длиной волны 68 мм и высотой 34 мм — для труб отвер­ стием от '1,07-до 2,113 м. Трубы отверстием до 1,07 м укладывали при

7


высоте насыпи до 11 м, а отверстием

1,49 и 2,13 м—при высоте на­

сыпи до 5—6' м.

 

Всего за б'О лет вышло из строя

ПО сооружений, или 56,7% от

общего числа построенных. Основные причины те же, а именно: кор­ розия в условиях агрессивной среды, наблюдавшаяся на засоленной территории Кзыл-'Ордынокой и Актюбинском областей; сплющива­ ние труб из-за недостаточной жесткости конструкции, а иногда и

•недостаточной величины засыпки над трубой (.менее 1 м).

 

 

Т а б л и ц а 2

Анализируя

состояние об-

 

 

 

следованнык труб, инж. -Сума­

Периоде р и о д, в который

Дефектные

трубы

роков В. А. дает

ряд рекомен­

 

 

даций для сооружаемых

метал­

о б н а р у ж е н ы

 

 

дефектные трубы

шт.

 

лических труб: повышать жест­

 

 

 

кость 'конструкции за счет уве­

19013'—1912 ГГ.

0

0

личения толщины

металла до

2 мм и увеличения

высоты вол­

1913—191212 гг.

1

0,5

Ш2Э—1982 гг.

2

1,0

ны

гофра;

применять

надеж­

1983—19421 гг.

81

41,1

ный

тип защиты

от коррозии;

19I4S—19БЙ' гг.

26

13,1

укладывать

многоочковые тру­

В с е г о

110

55,7

бы с расстоянием между

осями

примерно в два диаметра тру­

 

 

 

 

 

 

бы;

предусматривать продоль­

ный строительный подъем; устраивать хорошую подготовку осно­ вания. Выполнение этих рекомендаций позволяет обеспечить нор­ мальный средний срок службы трубы в 50 лет и более.

•В '1967 ir. отделение искусственных сооружений ЦНИИС, начав изучение работы металлических водопропускных сооружений, про­ вело обстоятельное выборочное обследование 56 труб отверстием 0,53—>2,13 м на участке Ташкент — Арысь Казахской ж. д. и на трех участках (Андижан — Уч-Курган и др.) Среднеазиатской ж.-д. (табл. 3). В обследованных трубах при их постройке использованы следующие профили гофров: 60X16 мм, 68X64 мм и 37X15 мм с толщиной листа 0;8—1,0 мм. Для отверстий '0,7—1,07 м при высо­ те насыпи до 4,5 м; ГООХб'О мм с толщиной листа 1,5 мм. Для от­ верстий ЙД'З м при высоте насыпи до 3,5 м.

При обследовании сделана нивелировка лотка трубы, измерены отверстия каждой секции труб, зафиксировано состояние металла и геометрические размеры гофров, состояние цинкового нокрытия,

вырублены

образцы

металла труб для последующих испытаний,

взяты пробы грунта

возле некоторых труб. Нивелировка лотка и

измерения

деформаций

поперечныхсечений были выполнены на

13 трубах диаметром

1,07

и 2,13 м с высотой засыпки до 3,4 м.

Данные измерения концевых участков труб, которые практиче­ ски не испытывали воздействия постоянной и временной нагрузок, •показали, что трубы имеют, как правило, круговое очертание. По­ этому все отклонения от этого очертания в средних участках труб считали деформациями, развившимися за период их эксплуатации. Наибольшие относительные деформации, а именно: увеличение го­ ризонтального и уменьшение вертикального диаметров трубы были

8