ПРОСАДКИ И ДЕФОРМАЦИИ ГОФРИРОВАННЫХ ТРУБ
Зам. директора по проектированию ЗАО «Гофросталь»
|
Свое массовое распространение металлические гофрированные трубы (МГТ) получили во времена строительства Байкало-Амурской магистрали, затем наблюдался значительный спад в использовании и, соответственно, производстве таких труб.
В железнодорожном строительстве МГТ письмом П-990у от 05.06.1991 МПС СССР были вовсе запрещены. Запрет обосновывался наличием большого числа дефектов, возникших в результате низкого качества сооружения МГТ. К числу основных дефектов были отнесены недопустимые деформации сводов труб, из-за которых возникли просадки в насыпи, зачастую угрожающие безопасности движения. Такие дефекты могли быть устранены только путем полного переустройства сооружения.
С начала 2000-х годов отрасль начала переживать вторую волну использования подобных конструкций. Появились новые геосинтетические материалы, новые
методы расчетов и проектирования гибких гофрированных труб, повышающие их надежность и долговечность, расширился ассортимент изделий из гофролистов. Это позволило сделать большой шаг в расширении сферы применения МГТ. Типовые конструкции с диаметров 3,5 м увеличились до 8 м, а индивидуальные арочные пролеты уже превышают 20 м.
В настоящее время наблюдается и тенденция к снижению нарушений технологии при строительстве. Но, несмотря на это, проблемы и риски, связанные с аварийным поведением МГТ, продолжают возникать. Основные причины – это ошибки, допущенные при изысканиях и проектировании, ошибки в выборе грунта для засыпки и уплотнения
конструкций, ошибки при строительстве. (О выборе грунта засыпки мы писали ранее в журнале «Дорожная держава», № 67, 2016).
Некоторые серьезные погрешности все-таки имеют место даже тогда, когда основание сделано отлично, грунт засыпки качественно уплотнен, имеются журналы работ, протоколы. В этой статье рассмотрим одну из наиболее распространенных ошибок при проектировании и строительстве, в результате которой, во избежание самых серьезных последствий, приходится полностью разбирать сооружение и возводить его заново. Это различная осадка основания под насыпью и под гофрированной трубой.
Все теории расчета гибких МГТ и разработанные на их основе типовые и индивидуальные проекты имеют под собой расчетные предпосылки, гипотезы. Одна из них – конструкция находится в однородном упругом пространстве как со стороны насыпи, так и со стороны основания.
Различия в принципах работы жестких и гибких труб упрощенно изобразил Г.К. Клейн [1]. Снижение коэффициента вертикального давления на трубу в насыпи объясняется тем, что жесткая труба является менее деформируемым элементом, чем находящаяся рядом с ней засыпка, поэтому на трубу будет передаваться большая удельная нагрузка, чем на расположенную с ней засыпку (см. рис. 1а). В случае с гибкой трубой происходит обратное явление (рис. 1б). Дело в том, что между засыпкой, расположенной непосредственно над трубой (область А), и той, которая располагается рядом (область Б), действуют силы внутреннего трения и сцепления. Таким образом, считается, что давление на гибкую трубу оказывается меньшим, чем вес расположенного над ней грунта, и коэффициент вертикального давления может быть равным 0,7 и менее. Нормы РФ регламентируют значения коэффициента не менее 1,0 [2, прил. Ж].
Рис. 1. Условные плоскости скольжения и силы трения
Допущение о возникновении плоскостей скольжения справедливо лишь при условии однородного упругого полупространства «винклерова основания». То есть, основание насыпи под трубой и основание насыпи вне трубы находятся в равных условиях и дают одинаковую осадку.
Одной из ошибок проектирования и строительства МГТ является различный подход к проектированию основания насыпи автодороги и основания трубы. Рассмотрим пример: МГТ диаметром 2,0 м, из гофра толщиной 3 мм запроектирована по т. п. серии 3.501.3-185.03 в насыпи высотой 11 м. Труба после двух лет эксплуатации дает нерасчетную осадку 25 см, установленные внутри подпорки не выдерживают и ломаются.
Одной из ошибок проектирования и строительства МГТ является различный подход к проектированию основания насыпи автодороги и основания трубы. Рассмотрим пример: МГТ диаметром 2,0 м, из гофра толщиной 3 мм запроектирована по т. п. серии 3.501.3-185.03 в насыпи высотой 11 м. Труба после двух лет эксплуатации дает нерасчетную осадку 25 см, установленные внутри подпорки не выдерживают и ломаются.
Выясняется, что в основании насыпи расположен слой заторфованного грунта мощностью 4 м. Принято решение о замене грунта основания трубы на всю глубину, а под насыпью автодороги выторфовка не производилась. В результате этого образовалось неравномерное основание насыпи автодороги с трубой с разными деформационными характеристиками. Нетрудно предположить, что осадки разных частей насыпей будут разными (см. рис. 2).
Рис. 2. Схема деформаций насыпи с МГТ на неоднородном основании
В случае с однородным основанием (рис. 3а) напряжения в стенке трубы толщиной 3 мм составят 1950 кг/см2, что при расчетном сопротивлении стали 2000 кг/см2 допустимо.
В случае неоднородного основания (рис. 3б) напряжения превышают 3750 кг/см2, что в 1,8 раза выше по сравнению со схемой 3а.
Рис. 3. Результаты расчета МГТ
Как результат – исчерпание прочности стенки трубы толщиной 3 мм. В данной ситуации проблема должна решаться уменьшением неоднородности основания или увеличением толщины стенки трубы. Специалисты ЗАО «Гофросталь» всегда готовы оказать высококвалифицированную помощь в проектировании, изготовлении и строительстве сооружений из металлических гофрированных конструкций любой сложности.
Литература
1. Клейн Г.К. Расчет труб, уложенных в земле. М.: Госстройиздат, 1957.
2. СП 35.13330.2011 «Мосты и трубы», актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84. М., 2011.
