Строительство металлических гофрированных труб

Для пропуска воды через тело железнодорожных насыпей применяют круглые металлические гофрированные трубы диаметром 1,5; 2,0 и 3,0 м. Металлические трубы обладают рядом преимуществ по сравнению с бетонными и железобетонными трубами. Небольшой вес элементов металлических труб позволяет перевозить их любым видом транспорта, не требуется громоздкого грузоподъемного оборудования для погрузочно-разгрузочных и монтажных работ, сборку можно выполнять небольшой по численности командой в сравнительно короткие сроки. Все это значительно упрощает технологию монтажа, сокращает трудоемкость, срок строительства и стоимость работ. Обеспечение необходимой надежности совместной работы гибкой конструкции трубы с окружающим грунтом основания и насыпи достигается строгим соблюдением технических требований на производство работ. Технологический процесс строительства включает следующие операции: устройство основания и противофильтрационных экранов, монтаж тела трубы, нанесение дополнительного защитного покрытия, засыпку трубы, устройство лотка, укрепление русла и откосов насыпи.

Работы по строительству металлических гофрированных труб выполняют специализированные команды, оснащенные необходимыми машинами, механизмами, инструментами и приборами, обеспечивающими высокую производительность, качество работ, темпы сборки.

Устройство основания включает: вырезку котлована под грунтовую подушку, послойную отсыпку и уплотнение подушки, вырезку ложа под трубу.

Срезку верхнего слоя грунта производят вручную или бульдозером. При наличии в основании слабых грунтов их удаляют экскаватором, оборудованным обратной лопатой и заменяют послойно уплотняемым песком, гравием, щебнем или их смесью. Глубину и ширину заменяемого грунта определяют расчетом. В отдельных случаях слабые грунты уплотняют песчаными, деревянными или железобетонными сваями.

Для грунтовой подушки применяют гравелистые, крупные и средней крупности пески, щебенисто галечниковые и дресвяно-гравийные грунты с размером фракций, не превышающих 50 мм. Отсыпку подушки ведут автосамосвалами слоями высотой 20 см и уплотняют пневмокатками, ударно вибрационными машинами или электротрамбовками. Грунт уплотняют до величины 0,95 стандартной плотности. Способы устройства грунтовых подушек приведены на рисунке 8.8.

а - с устройством верхней части подушки после укладки трубы;

б - с предварительным устройством ложа; в - с отсыпкой нулевого слоя и устройством ложа; 1 - часть подушки, отсыпанная до укладки трубы; 2 - то же, после укладки трубы; 3 - нулевой слой. Размеры в метрах

Рисунок 8.8 – Способы устройства грунтовых подушек под металлические гофрированные трубы

Толщину подушки, считая от нижней точки трубы, во всех случаях устраивают не менее 40 см, а в северной строительной климатической зоне 70 см. Ширину принимают на 1 м больше диаметра трубы, а для слабых грунтов основания не менее двух диаметров трубы. Поверхность подушки может иметь плоское очертание или спрофилированное по радиусу средней линии гофров трубы ложа. Ложе под трубу устраивают в верхней части подушки или в нулевом слое. Нулевой слой отсыпают после устройства подушки и уплотняют с использованием тех же машин.

Ложе под трубу сначала вырезают экскаватором или автогрейдером, а затем планируют вручную по шаблону из листовой стали, досок, или фанеры (рисунок 8.9).

1 - подушка; 2 - деревянные направляющие брусья; 3 - шаблон.

Рисунок 8.9 - Профилирование ложа под трубу

Шаблон устанавливают на два направляющих бруса, уложенных вдоль оси трубы с учетом строительного подъема. При перемещении шаблона по брусьям вырезают излишки грунта и планируют очертание основания. Отклонения профиля грунтового ложа от шаблона не должны превышать 2…3 см.

Продольному профилю поверхности подушки придают заданный строительный подъем. От входного оголовка до середины трубы подушка обычно имеет горизонтальное очертание, соответствующее отметке русла водотока у входа в трубу. От середины трубы ее поверхность устраивают с уклоном в сторону выходного оголовка и плавным переходом на отметку русла у выхода. При больших осадках основания и малых продольных уклонах допускается превышение уровня лотка в середине трубы над уровнем лотка входного оголовка в пределах 50% расчетной осадки основания по оси насыпи.

Правильность устройства строительного подъема проверяют нивелировкой не менее чем в трех точках по оси насыпи и концам трубы.

Котлованы под противофильтрационные экраны разрабатывают одновременно с устройством котлованов под подушку и заполняют послойно уплотняемой бетонной, глинощебеночной или цементно-гравийной смесью. Ширину экрана принимают в соответствии с местными гидрогеологическими условиями, а глубину ниже постели подушки.

По окончании подготовки основания трубы составляют соответствующий акт на скрытые работы.

Монтаж металлических гофрированных труб, в соответствии с принятой организацией строительства, ведут на сборочных площадках развернутых непосредственно около объекта или на базе. Трубу собирают на дощатом настиле. Его размеры в плане зависят от диаметра и длины собираемых секций и составляют примерно по ширине 6…8 м, по длине 10 м. В зависимости от местных условий, времени года и объемов работ укрупнительную сборку на базе ведут в закрытом помещении, под навесом или на открытом воздухе. На объекте строительства сборочную площадку иногда устраивают на спланированном участке, где вместо дощатого настила укладывают отдельные доски. Сборку ведут и на легких подмостях, расположенных над осью трубы или параллельно с ней.

Металлические гофрированные трубы собирают из стандартных элементов, которые представляют собой стальные оцинкованные гофрированные листы шириной 975 мм и длиной 1760 мм, изогнутые по соответствующему радиусу (рисунок 8.10, а). По краям элементы имеют круглые отверстия для постановки соединительных болтов: вдоль длинных изогнутых сторон по одному ряду диаметром 21 мм, по коротким кромкам два ряда отверстий, расположенных в шахматном порядке, диаметром 19 мм.

а - стандартный элемент; б - стыки внахлестку на болтах; в - соединение элементов; 1 - головной конец элемента; 2 - маркировочный штамп; 3 - хвостовой конец элемента; 4 - ось трубы; 5 - продольный стык; 6 - поперечный стык; 7 - болт с гайкой; 8 - плоско-вогнутая шайба; 9 - плоско-выпуклая шайба

Рисунок 8.10 - Соединение элементов трубы

Различают головной и хвостовой концы элемента. Головной во втором от кромки ряду имеет большее количество отверстий. На его первом выпуклом гофре внутренней поверхности, между рядами отверстий, поставлен маркировочный штамп (марка), в котором приведены данные о толщине листа, диаметре трубы, марки стали. Здесь же стоит клеймо инспектора ОТК завода изготовителя.

Головной конец стандартного элемента всегда устанавливают внутрь трубы, а хвостовой наружу. В правильно собранной трубе марки всех элементов размещены внутри трубы. Стандартные элементы устанавливают внахлестку и соединяют между собой оцинкованными болтами диаметром 16 мм. В случае затруднений в зоне нахлестки для стягивания листов применяют удлиненные монтажные болты, которые в дальнейшем заменяют на стандартные. Под головки и гайки болтов устанавливают плоско выпуклые и плоско вогнутые шайбы (рисунок 8.10, в). Соединения по концевым участкам элементов называют продольными стыками, а вдоль криволинейных кромок - поперечными (рисунок 8.10, б). Продольный стык элементов соседних звеньев делают со сдвижкой на 2…3 шага болтов поперечного стыка.

Стандартные элементы поступают в пакетах скрепленных проволокой и металлической лентой, а болты, гайки и шайбы в ящиках. Перед сборкой пакеты вскрывают, проверяют маркировку и осматривают гофрированные листы. Элементы, имеющие пробоины, отслоения цинкового покрытия и трещины в нем, наплывы цинка, деформированные отверстия, а также отклонения от проектных размеров отбраковывают. Отдельные погнутые места выправляют на месте деревянным молотком. Соприкасающиеся поверхности элементов очищают от грязи. При сборке применяют гаечные торцевые и накидные ключи, монтажные ломики с заостренными круглыми и плоскими концами, оправки, крючки для переноски элементов, деревянные молотки (рисунок 8.11).

1 - оправка короткая; 2 - крючок (отгиб выполнен в плоскости, перпендикулярной плоскости рисунка); 3 - оправка длинная; 4 - ключ торцевой; 5,6,7 – монтажные ломики

Рисунок 8.11 - Ручной инструмент для сборки трубы

При больших объемах работ применяют электро- или пневмогайковерты. Металлические гофрированные трубы монтируют из отдельных элементов или секций. Секции собирают, как правило, на базе, а трубы из секций или отдельных элементов на строительной площадке.

Монтаж труб и секций ведут одним из двух способов. По первому предусматривается сборка отдельных замкнутых звеньев с последующим их объединением стандартными элементами. По второму способу сборку ведут непрерывным наращиванием конструкции.

Первый способ, как правило, применяют при сборке труб диаметром 1,5 и 2,0 м, как на строительных площадках, так и на базах (рисунок 8.12). Отдельные замкнутые звенья собирают в вертикальном положении с постановкой в середине каждого стыка 3…4 болта. Собранные звенья опрокидывают и перемещают на одну ось с зазором между ними, равным ширине стандартного элемента. Звенья ориентируют так, чтобы нахлестки были направлены в одну сторону, а продольные стыки находились на одних линиях. В зазоры пары смежных звеньев вводят соединительный элемент и продвигают на определенную проектом величину сдвижки продольного стыка. Установленный элемент закрепляют болтами, но не заполняют его угловые отверстия. Головки болтов ставят изнутри трубы, а гайки снаружи. Последующие соединительные элементы устанавливают и продвигают до соединения с ранее установленными. Нахлестка должна быть направлена в ту же сторону, что и на ранее собранных звеньях. В совместившиеся отверстия стыков устанавливают болты. В продольные стыки устанавливают по 3…4 болта в среднюю зону и по одному в углы. Поперечные стыки заполняют частью болтов или полностью. После установки последнего соединительного элемента, в продольных и поперечных стыках устанавливают все недостающие болты, оставляя незаполненными по 3…4 отверстия на концах продольных стыков крайних звеньев.

а, б, в - этапы сборки

Рисунок 8.12 - Сборка трубы диаметром 1,5 м из отдельных замкнутых звеньев

В ходе установки соединительных элементов, секцию перекатывают по настилу, добиваясь удобства выполнения монтажных операций. Затяжку болтов ведут по окончании сборки секции, оставляя у ее концов по 2 звена с незатянутыми болтами. На концевые секции трубы устанавливают уголки жесткости. Промежуточные секции собирают с нечетным числом звеньев для обеспечения их последующего сопряжения стандартными элементами без нарушения общей схемы компоновки конструкции. Длину секции назначают в зависимости от размеров трубы и возможностей транспортных средств, но обычно не более 10 м.

При сборке звеньев и секций трубы следят за тем, чтобы между головками болтов, гайками, шайбами и гофрированными листами не оставались частицы грунта или другие посторонние тела.

Собранные на базе секции перевозят на объект работ, где их объединяют в трубу проектной длины. При перевозке секции укладывают на подкладки с круговым вырезом по радиусу трубы и надежно закрепляют растяжками. При погрузке и выгрузке секции стропуют на расстоянии четверти ее длины от торцов пеньковыми канатами или обычными стальными тросами в брезентовом чехле.

Трубу из секций собирают на деревянных брусьях расположенных над подушкой непосредственно на проектной оси или около нее. В последнем случае собранную трубу перекатывают в проектное положение. После сборки трубы окончательно затягивают все болты. Затяжку выполняют последовательно от одного конца трубы к другому.

Трубы диаметром 3,0 м обладают большой массой и недостаточной устойчивостью звена в опрокинутом положении. Монтаж таких труб ведут непрерывным их наращиванием стандартными элементами, как правило, на проектной оси. Сборочные работы выполняют параллельным или последовательным способами. При параллельном монтаже одновременно собирают всю трубу или ее часть, а при последовательном сборку ведут с одного конца, постепенно удлиняя конструкцию постановкой отдельных элементов.

Очередность установки элементов при параллельном монтаже приведена на рисунке 8.13, а. Вначале выкладывают нижние элементы на всю или часть длины трубы, затем с обеих сторон постепенно наращивают стенки и заканчивают сборку замыканием поперечника. Отверстия смежных элементов заполняют болтами, не затягивая их. В образующихся продольных стыках обычно устанавливают только часть болтов. Болты в угловые и незаполненные отверстия продольных стыков устанавливают после полного замыкания элементов верхней части трубы. Одновременно выполняют полную затяжку всех болтов.

Последовательный монтаж ведут с одного конца трубы. Вначале собирают крайнее замкнутое звено, а затем к нему присоединяют отдельные элементы второго звена (рисунок 8.13, б). Каждый устанавливаемый элемент вводят в зазор продольного стыка смонтированного звена и продвигают его на половину длины. После замыкания второго звена присоединяют элементы третьего и так далее до окончания сборки всей трубы. Болты в стыках устанавливают в неполном количестве. Порядок взаимного расположения элементов должен быть одинаковым. Недостающие болты устанавливают с отставанием на три четыре звена от собираемого. Окончательную затяжку выполняют после завершения сборки всей конструкции.

а - параллельный способ; б - последовательный способ.

Цифрами обозначена последовательность установки стандартных элементов; отверстия под болты и гофры не показаны; вид на внутреннюю поверхность

Рисунок 8.13 - Сборка трубы диаметром 3,0 м непрерывным наращиванием

Варианты сборки непрерывным наращиванием можно применять в сочетании друг с другом и в комбинации с другими способами. Параллельный способ сборки в отличии от последовательного позволяет организовать работы на широком фронте и сократить срок монтажа трубы. Его недостатками являются необходимость постановки монтажных тяжей для стягивания элементов трубы перед замыканием ее поперечника, а также значительная длина подмостей. При последовательном монтаже процесс замыкания звеньев менее трудоемок.

Устройство дополнительного защитного покрытия. Основным средством защиты от коррозии является цинковое покрытие, нанесенное на поверхности стандартных элементов при их изготовлении. В зависимости от коррозионной активности грунтов основания, насыпи и протекающей через сооружение воды применяют дополнительную антикоррозийную защиту. Для этого можно использовать одну из трех типов защитных покрытий: битумные наполненные мастики, битумные ненаполненные мастики и полимерные лакокрасочные покрытия.

Битумные наполненные мастики наносят по битумной грунтовке набрызгом или кистью одним или двумя слоями толщиной по 1,5…2 мм.

Битумные ненаполненные мастики наносят способом погружения в горячую массу, толщина покрытия составляет 1,5…2 мм.

Полимерные лакокрасочные покрытия наносят в заводских условиях пневмораспылителем в два приема, толщина каждого слоя 0,12…0,15 мм.

Для труб, эксплуатируемых при расчетной температуре воздуха ниже минус 40 °С применяют эпоксидно-каучуковую краску в сочетании с эпоксидно-каучуковой грунтовкой. Покрытие, состоящее из слоя грунта толщиной 0,05 мм и двух – трех слоев краски толщиной 0,15…0,2 мм каждого слоя, наносят в заводских условиях.

Засыпка металлических гофрированных труб грунтом является наиболее ответственным этапом строительства. Правильно выполненные работы по засыпке обеспечивают устойчивость трубы против деформаций и надежную работу при эксплуатации ее гибкой конструкции.

Собранную трубу накатывают или опускают на подготовленное и принятое по акту основание. Трубу приподнимают за один конец краном и, последовательно удаляя из под нее брусья или подмости, опускают на песчаную подушку.

Для повышения жесткости на завершающей стадии монтажа, поперечному сечению трубы до засыпки придают овальность. С этой целью домкратами увеличивают вертикальную ось трубы до 3 % от номинального диаметра и закрепляют сечение постановкой деревянных стоек. Стойки устанавливают между лежнями и прогонами, соответственно уложенными в лотке и своде трубы. Для облегчения демонтажа стойки устанавливают на клиньях. Расстояние между стойками определяют расчетом, в зависимости от диаметра трубы и высоты насыпи.

После установки временного крепления засыпают и уплотняют зазоры между гофрами трубы и поверхностью основания. Полнота охвата нижней части трубы грунтом должна быть не менее 120 °С (рисунок 8.8). Для этого дополнительно с обеих сторон подсыпают грунт и уплотняют его электротрамбовками. Электротрамбовки размещают на расстоянии 5 см от гребней гофров, грунт во впадинах гофров уплотняют круглыми деревянными штыковками диаметром 6…8 см.

Смонтированную и подготовленную к засыпке трубу освидетельствуют и составляют акт на скрытые работы.

Засыпка включает комплекс земляных работ в пределах грунтовой призмы (рисунок 8.14). Напряжения, возникающие в грунте сбоку на уровне горизонтального диаметра трубы, резко убывают от ее стенок и на расстоянии свыше двух диаметров составляют около 4% от величины контактных напряжений. Грунтовая призма засыпки является конструктивным элементом металлической гофрированной трубы, определяющим ее несущую способность. На всех стадиях постройки и эксплуатации грунтовая призма должна быть прочной и устойчивой.

а - горизонтальными слоями; б - наклонными слоями; 1 - труба диаметром D; 2 - контур грунтовой призмы; 3 - нулевой слой; h - минимальная высота засыпки над верхом трубы. Размеры в метрах

Рисунок 8.14 - Схема засыпки металлической гофрированной трубы

В большей степени для устройства грунтовой призмы подходят дренирующие грунты с крупностью фракций не более 50 мм. Такие грунты при соответствующем уплотнении способствуют равномерному распределению давления на конструкцию и обладают малой сжимаемостью. Для засыпки применяют щебенисто-галечниковые и дресвяно-гравийные грунты; пески гравелистые, крупные и средней крупности; пески мелкие с содержанием частиц размером менее 0,1 мм не более 10 %, в том числе глинистых размером менее 0,005 мм не более 2%. Можно применять и слабо связанные грунты оптимальной влажности. Грунт засыпки не должен содержать растительности, промерзших кусков, шлака и других включений. Нельзя применять ил, мелкий песок с примесью торфа или ила, жирные глины, недренирующие грунты с агрессивными свойствами, торф, меловые, таловые грунты и трепелы. Насыпь за пределами грунтовой призмы возводят из грунтов, удовлетворяющих техническим условиям на возведение земляного полотна.

Грунт засыпки доставляют из карьера автосамосвалами или скреперами и равномерно отсыпают с обеих сторон трубы по всей площади призмы. Бульдозером грунт разравнивают и формируют горизонтальные или наклонные в сторону от трубы слои. Толщину слоя принимают от 15 до 65 см, в зависимости от способа уплотнения и вида грунта. Уплотняют грунт послойно транспортными средствами или грунтоуплотняющими машинами от краев призмы к трубе. При отсыпке и уплотнении грунта наблюдают за тем, чтобы не нанести механических повреждений элементам трубы или их покрытию. Поперечные деформации трубы не должны превышать 3% диаметра. Поэтому в зависимости от типа грунтоуплотняющей машины, расстояние от ее рабочего органа до вертикальной касательной плоскости к стенке трубы должно быть не менее 5…30 см.

Грунт в непосредственной близости от трубы и пазухах многоочковых труб уплотняют ручным механизированным инструментом, а у гофров ручными деревянными штыковками. Проезд транспортных средств над трубой допускают при толщине слоя грунта в плотном теле не менее 0,5 м над верхом конструкции, а работу грунтоуплотняющих машин и пропуск всех видов строительных машин при толщине слоя не менее 1 м.

Плотность грунтовой призмы не должна быть менее 0,95 максимальной стандартной. Слабое уплотнение грунта около трубы создает предпосылки для ее деформации и снижает несущую способность.

Пробы грунта отбирают на высоте 0,25; 0,5 и 0,75 диаметра от низа лотка с обеих сторон на расстояниях 0,1 и 1 м от боковых стенок в средней по длине трубы части.

Выполненные работы по засыпке трубы принимает комиссия, результаты приемки отражают в акте. Временное крепление демонтируют после отсыпки насыпи на проектную высоту.

Устройство лотка, укрепление русла и откосов насыпи. Лотки устраивают для предохранения труб от абразивного действия водного потока. Наибольшему истиранию подвергается нижняя часть трубы, охватываемая центральным углом 120‑150 град. Поэтому здесь укладывают дополнительное покрытие из бетона или асфальтобетона.

Работы по устройству лотка выполняют в теплое время года, после отсыпки насыпи над трубой, но не ранее 6 месяцев с момента засыпки. Усадочные процессы в насыпи, вызывающие деформацию металлических труб, продолжаются и после отмеченного периода, поэтому с целью защиты лотка от разрушения в нем устраивают продольные швы.

Монолитные бетонные лотки устраивают из бетона с крупностью заполнителя не более 20 мм. Бетон армируют металлической сеткой с ячейками 15 см из проволоки диаметром 3…4 мм. Сетку укладывают на гребни гофров, в нескольких местах прикрепляют к элементам трубы и загибают концы у торцов на 30 см. Бетонную смесь укладывают на очищенную поверхность, разравнивают и уплотняют.

Монолитные асфальтобетонные лотки устраивают по предварительно нанесенному и просушенному слою битумной грунтовки. Асфальтобетонную смесь укладывают в горячем состоянии, разравнивают, уплотняют и заглаживают.

Толщина слоя бетона или асфальтобетона должна быть не менее 2 см над гребнем гофр.

В последнее время на заводах приступили к изготовлению блоков сборных лотков из бетона и асфальтобетона. Процесс устройства лотка из блоков значительно упростился. Блоки укладывают на подготовленную поверхность, а швы между ними заполняют цементно-песчаным раствором или разогретой битумной мастикой.

Одновременно с устройством лотка укрепляют русло и откосы насыпи.

Дата добавления: 2014-12-29