К вопросу обеспечения надежности железобетонных водопропускных труб

УДК 69.059

К ВОПРОСУ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ

1, 2

ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имени », Россия, Саратов.1, 2

Аннотация: В статье рассматриваются вопросы обеспечения надежности и долговечности железобетонных водопропускных труб на автомобильных дорогах в процессе их эксплуатации. Проанализированы наиболее часто встречающиеся дефекты и повреждения конструкций, выявлены причины их возникновения. Приведен анализ технического состояния дорожной трубы в Новоузенском районе Саратовской области. Даны рекомендации по обеспечению эксплуатационной надежности этого инженерного сооружения.

Ключевые слова: дорожная водопропускная труба, железобетонные конструкции, надежность, повреждения, дефекты.

TO THE QUESTION OF THE RELIABILITY OF REINFORCED CONCRETE CULVERTS

Varlamova Tatyana Vasilyevna1, Shaklina Arina Dmitrievha2

Federal State Educational Institution of Higher Professional Education «Saratov state technical University named after Y. A. Gagarin», Russia, Saratov 1,2

Annotation: The article discusses the reliability and durability of concrete culverts during exploitation. There are analyzes the damages and defects of the structures, identified causes of damages. The article analyzes the technical condition of the culverts located near the Novouzensk, Saratov region. The article provides recommendations for the maintenance reliability of this engineering construction.

Keywords: road culvert, reinforced concrete construction, reliability, damage, defects.

Основным видом водопропускных сооружений на автомобильных дорогах являются трубы, устраиваемые в теле насыпи дороги для пропуска расходов воды до 6…10 м3/с. Устройство труб требует меньших затрат по сравнению с мостами и позволяет сохранить непрерывность земляного полотна дороги [1]. Согласно исследованиям [3], доля водопропускных труб на автомобильных дорогах Европейской части СССР, построенных в 1930-1980 гг., составляет 88-93%, из них 95% составляют железобетонные трубы. Стандартная железобетонная труба состоит из входного, выходного оголовков и отдельных звеньев. Элементы трубы снаружи покрываются гидроизоляционными составами для защиты от грунтовых вод, стыки между элементами заделываются гидроизоляционными материалами. Звенья трубы диаметром 1 м и более могут укладываться на бетонные или глинобетонные фундаменты; трубы диаметром до 1 м могут проектироваться бесфундаментными при высоте насыпи до 7 м, если основание сложено крупнообломочными грунтами, плотными песками и глинистыми грунтами твердой и полутвердой консистенции [2].

Повреждения, получаемые железобетонными трубами в процессе эксплуатации, связаны в основном с особенностями пропуска расхода воды весенних и дождевых паводков. Наиболее распространенными повреждениями являются деформации проводящей части труб и оголовков, полученные вследствие неравномерных осадок и размыва грунта при прохождении паводков. Нарушение технологии производства работ при укладке труб, например, недостаточное уплотнение «пазух», укладка труб на слабых грунтах основания могут привести к образованию промоин; прохождение транспортных средств большой грузоподъемности при насыпях малой высоты вызывают полные или частичные разрушения средних звеньев труб [3].

В работе [4] в числе часто встречающихся дефектов проводящей части труб отмечены осадка и крен звеньев труб, наблюдающиеся при обследовании 29% труб, раскрытие швов между звеньями - в 74% случаев, трещины, сколы и разрушение бетона – в 48% случаев. Основными повреждениями оголовков труб являются осадка и крен – 31%, пучение оголовков и концевых звеньев – 50%, отрыв оголовков от тела трубы – 17%, трещины и разрушение – 69%.

Ненадлежащее выполнение комплекса эксплуатационных мероприятий, включающее в себя и регулярное обследование водопропускных сооружений на дорогах, способно привести к ухудшению технического состояния дорожных труб и разрушению земляного полотна, что нарушает бесперебойность транспортного сообщения. Так, признаки аварийного состояний были обнаружены при обследовании трубы в насыпи автомобильной дороги в Новоузенском районе Саратовской области. Водопропускная труба в зоне ручья Ключи решена в сборном варианте с использованием железобетонных звеньев прямоугольного сечения (рис. 1). Звенья имеют размеры в свету 2,5х2(h) м, длина звеньев 1 м, стыки замоноличены бетоном.

Рис. 1. Входной оголовок водопропускной трубы: справа видна монолитная бетонная струенаправляющая стенка; слева стенка, вероятно, разрушена.

Согласно маркировке на внутренней поверхности звеньев, они изготавливались в заводских условиях по типовому проекту серии 3.501-104 № 90 «Сборные железобетонные прямоугольные водопропускные трубы для железных и автомобильных дорог». Эта марка звена прямоугольной трубы соответствует максимальной несущей способности. По типовому проекту толщина стенок 200 мм, толщина нижней плиты 370 мм, верхней у опор 370 мм, в средней зоне 420 мм. Проектом предусмотрен бетон класса В30, марка бетона по водопроницаемости W6, по морозостойкости F300.

Важным элементом трубы являются оголовки, направляющие водный поток и препятствующие раздвижке насыпи вдоль трубы и расхождению стыков между звеньями. Наилучшие условия пропуска воды и защиту трубы от осыпания грунта обеспечивают раструбные оголовки. Согласно [3], для обеспечения надежного опирания на грунт и противодействия сдвигу портальные стенки, откосные крылья и крайние звенья оголовков должны опираться на фундаменты, глубина заложения которых при пучинистых грунтах должна составлять на 0,25 м больше расчетной глубины промерзания.

Входной и выходной оголовки обследуемой трубы выполнены без портальных блоков, откосных стенок и плиты основания (рис. 1, 2). Имеются две монолитные бетонные струенаправляющие стенки толщиной около 300 мм. На стенку выходного оголовка опираются конструкции пешеходного мостика.

Рис. 2. Выходной оголовок водопропускной трубы: монолитная бетонная струенаправляющая стенка (справа) деформирована в результате подмыва; наблюдается поверхностное размораживание бетона.

Состояние звеньев водопропускной трубы можно считать удовлетворительным, хотя в некоторых местах по торцам звеньев имеются трещины в бетоне, свидетельствующие о коррозии арматуры.

Состояние бетона и арматуры с наружной стороны верхнего и нижнего ригелей звеньев трубы установить не удалось в связи с затрудненным доступом. Состояние бетона и арматуры с наружной стороны стенок звеньев трубы в открытых местах удовлетворительное, отсутствуют следы размораживания и трещины в бетоне. Прочность бетона звеньев трубы определялась прибором «ОНИКС-2.5М» и составила свыше 40 МПа, что не ниже проектного класса бетона В30. По трещиностойкости бетон также отвечает нормативным требованиям, визуально в растянутых зонах верхней и нижней плит не замечено даже волосяных трещин, тогда как по нормам допускается ширина раскрытия трещин 0,2 мм.

По морозостойкости бетон звеньев трубы, судя по состоянию внутренних и наружных боковых поверхностей, отвечает нормативным требованиям, при освидетельствовании не выявлено зон размораживания. Установить наличие наружной обмазочной или оклеечной гидроизоляции не удалось.

Бетон замоноличивания стыков между звеньями не отвечает требованиям по морозостойкости, местами разморожен, при простукивании легко разрушается и выпадает из стыков (рис. 3).

а) б)

Рис. 3. Стыки между звеньями трубы: а – в нижней зоне, б – в верхней зоне;

бетон разморожен, разрушается.

Струенаправляющие стенки входного и выходного оголовков, выполненные из монолитного бетона, разрушаются по причине размораживания и подмыва основания. Фрагменты стенки входного оголовка, обрушенной из-за подмыва водой, представлены на рис. 1. Стенка выходного оголовка, на которую опираются трубы пешеходного мостика, также подмыта водой, потеряла устойчивость, находится на грани обрушения.

Таким образом, при обследовании дорожной трубы в Новоузенском районе в зоне переезда через ручей Ключи установлено, что труба находится в аварийном состоянии по причине размыва земляного полотна, разрушения элементов входного и выходного оголовков. Конструктивные решения входного и выходного оголовков не отвечают нормативным требованиям; не предусмотрены мероприятия, препятствующие размыву грунта земляного полотна и грунта в зоне входного и выходного оголовков. Монолитный бетон струенаправляющих стенок и бетон замоноличивания стыков между звеньями трубы не отвечают требованиям по морозостойкости и прочности.

Для обеспечения эксплуатационной надежности водопропускной трубы рекомендуется:

- разобрать полуразрушенные существующие струенаправляющие стенки;

- выполнить входной и выходной оголовки монолитными железобетонными, предусмотреть мероприятия против размыва откосов и подмыва конструкций водопропускного узла;

- размороженный бетон стыков вылущить до прочного и качественно замонолитить стыки пескобетоном класса В15;

- восстановить защитный слой бетона по торцам звеньев труб;

- учитывая длительный период эксплуатации сооружения и возможное наличие скрытых дефектов, особенно с наружной стороны трубы (коррозия арматуры, размораживание бетона), рекомендуется после капитального ремонта ограничить грузоподъемность транспорта на переезде и проводить силами службы эксплуатации регулярные плановые освидетельствования конструкций железобетонной трубы на предмет образования и раскрытия трещин.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Водопропускные трубы под насыпями. /Под ред. . - М.: Транспорт, 1982. - 232 с.

2. Лисов, водопропускных труб //Автомоб. дороги. - 1982. - №7. - С. 9-10.

3. Трубы под насыпями автомобильных дорог: Обзорная информация. / , , . - Выпуск 6. Москва, 1988.

4. Боровик, оценки технического состояния эксплуатируемых водопропускных труб: Дисс. канд. техн. наук – Новосибирск, Инст. т инж. ж.-д. трансп., 1984.

5. СП 35.13330.2011 Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*/ Утв. приказом Минрегион России от 28 декабря 2010 г. N 822 и введ. в действ. с 20 мая 2011 г.- М., , 2011. - 200 с.

6. ГОСТ 24547-81. Звенья железобетонные водопропускных труб под насыпи автомобильных и железных дорог. Общие технические условия. - Введ. с 01.01.82. Группа ЖЗЗ.