МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА И ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СВОД ПРАВИЛ    СП    445.1325800.2018

ВОДОПРОПУСКНЫЕ ТРУБЫ И СИСТЕМЫ ВОДООТВОДА В РАЙОНАХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ

Правила проектирования

Предисловие

Сведения о своде правил

1    ИСПОЛНИТЕЛЬ — Общество с ограниченной ответственностью «Центральная лаборатория инженерной теплофизики» (ООО «ЦЛИТ»)

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»

3    ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)

4    УТВЕРЖДЕН приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 25 декабря 2018 г. № 859/пр и введен в действие с 26 июня 2019 г.

5    ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)

6    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в установленном порядке. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте разработчика (Минстрой России) в сети Интернет

© Минстрой России. 2018 ©Стандартинформ. оформление. 2019

Настоящий свод правил не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания на территории Российской Федерации без разрешения Минстроя России

стойкостью в соответствии с требованиями СП 28.13330 по составу, классу прочности, морозостойкости, водонепроницаемости, минимальному защитному слою, с учетом срока эксплуатации проектируемых конструкций.

7.2.7    Железобетонные свайные элементы конструкций, постоянно находящиеся в толще вечномерзлых или немерзлых грунтов (ниже половины глубины промерзания), допускается изготовлять из бетона класса не ниже В25 при марке по водонепроницаемости не ниже W4 и ненормируемой морозостойкости.

7.2.8    Для свайных фундаментов в пределах зоны переменного уровня воды (согласно СП 35.13330) рекомендуется использовать бетон класса не ниже В35 при марках по водонепроницаемости не ниже W6 и по морозостойкости не ниже F300. Для омоноличивания стыков сборных элементов следует использовать бетон класса В35 с характеристикой по морозостойкости F300

7.2.9    Для железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры в качестве устанавливаемой по расчету арматуры следует преимущественно применять арматуру периодического профиля классов А400, А500 и А600, а также арматуру классов В500 и Вр500 в сварных сетках и каркасах. При обосновании экономической целесообразности допускается применять арматуру более высоких классов.

7.2.10    Для поперечного и косвенного армирования следует применять преимущественно гладкую арматуру класса А240 из стали марок СтЗсп и СтЗпс (с категориями нормируемых показателей не ниже 2 по ГОСТ 535), а также арматуру периодического профиля классов А400, А500, В500 и Вр500.

7.2.11    Для предварительно напряженных железобетонных конструкций следует предусматривать в качестве:

-    напрягаемой арматуры:

-    горячекатаную и термомеханически упрочненную периодического профиля классов А600, А800 и А1000;

-    холоднодеформированную периодического профиля классов от Вр1200 до Вр1600;

-    канатную 7-проволочную (К7) классов К1400. К1500. К1600. К1700;

-    неналрягаемой арматуры:

-    горячекатаную гладкую класса А240;

-    горячекатаную, термомеханически упрочненную и холоднодеформированную периодического профиля классов А400. А500. А600. В500 и Вр500.

7.2.12    При выборе вида и марок стали для арматуры, устанавливаемой по расчету, а также прокатных сталей для закладных деталей следует учитывать температурные условия эксплуатации конструкций и характер их нагружения.

7.2.13    В конструкциях, эксплуатируемых при статической (и квазистатической) нагрузке при расчетной температуре воздуха минус 40 °С и выше, может быть применена арматура всех классов, за исключением арматуры класса А400 из стали марки 35ГС. класса А240 из стали марки СтЗкп. применение которых допускается при расчетной температуре воздуха минус 30 °С и выше.

7.2.14    При расчетной температуре воздуха ниже минус 55 °С следует использовать арматуру классов Ас500С и А600 из стали марки 20Г2СФБА.

7.3 Стальные конструкции

7.3.1    Водопропускные трубы из стальных конструкций необходимо проектировать с учетом требований приложения В СП 16.13330.2017. Материалы для соединений стальных конструкций должны отвечать требованиям приложения Г СП 16.13330.2017.

7.3.2    Допускается применять в качестве водопропускных сооружений стальные трубы нефтегазового сортамента (диаметром не менее 1,42 м), удовлетворяющие требованиям настоящего свода правил.

7.3.3    Для изготовления металлических гофрированных труб из сборных листовых элементов и спиральновитых гофрированных труб следует применять марки стали, соответствующие по хладостой-кости климатическим условиям их применения.

7.3.4    Для металлических гофрированных труб климатического исполнения У по ГОСТ 15150 рекомендуется применять углеродистые стали марки ВСтЗсп5 по ГОСТ 380, сталь марки 15сп по ГОСТ 1577, а для металлических гофрированных труб климатического исполнения ХЛ по ГОСТ 15150, применяемых в районах с расчетной минимальной температурой воздуха ниже минус 40 °С, — из стали марки 09Г2Д по ГОСТ 19281 и стали марок С345, С345Д по ГОСТ 27772 или других марок поданным стандартам, обеспечивающих необходимый класс прочности для различной толщины проката.

7.3.5    При поставке гофрированных элементов зарубежных изготовителей каждая партия подлежит процедуре оценки соответствия требованиям нормативных документов в порядке, установленном действующим законодательством Российской Федерации.

7.3.6    Допускается при соответствующем обосновании и согласовании в установленном порядке применение сталей других марок, имеющих показатели по хладостойкости и прочности не хуже стали марки 15сп.

7.3.7    Гофрированные листы из сталей класса прочности до С345 включительно при толщине до 8 мм включительно допускается изготовлять холодной штамповкой (прокаткой).

7.3.8    Для сооружений в районах с расчетной минимальной температурой воздуха выше минус 40 °С болты, гайки и шайбы следует изготовлять из сталей марок 20. 30 и 35 по ГОСТ 1050; допускается изготовление шайб из стали марки СтЗ по ГОСТ 380.

7.3.9    Для металлических гофрированных труб, эксплуатируемых в районах с расчетной минимальной температурой воздуха ниже минус 40 °С. болты следует применять из сталей 35Х и 38ХА по ГОСТ 1050. ГОСТ 4543; допускается применение болтов из сталей марок 20. 30 и 35 по ГОСТ 1050. Размеры болтов принимают по ГОСТ 7798.

7.3.10    Болты, гайки и шайбы для сборки водопропускных сооружений должны поставляться комплектно вместе с гофрированными элементами.

7.3.11    Основное расчетное сопротивление R₀ при действии осевых сил принимают: для стали марки 15сл — 1900 кгс/см², марки 09Г2Д — 2400 кгс/см². Расчетное сопротивление для болтовых соединений принимают: на смятие кромок стыковых соединений для стали марки 15сп — 3300 кгс/см². для стали марки 09Г2Д — 4200 кгс/см²; на срез болта нормальной точности класса 4 6. 5.6 и 8.8 —1300. 1500 и 2500 кгс/см² соответственно.

7.3.12    Бандажные соединения для гофрированных спиральновитых водопропускных труб диаметром (максимальным размером отверстия) до 3 м рекомендуется изготовлять из листового проката углеродистой и низкоуглеродистой горячеоцинкованной стали класса прочности не ниже 245 по ГОСТ 14918. ГОСТ Р 52246 с полимерным покрытием по ГОСТ 34180. либо из стального листового проката углеродистой полуспокойной и спокойной стали категории 5 по ГОСТ 14637, ГОСТ 16523. либо проката стали не ниже С245 по ГОСТ 27772 с цинковым и другими видами покрытия (алюминиевым, цинкалюминиевым и другими).

7.3.13    Бандажные соединения для гофрированных спиральновитых водопропускных труб диаметром (максимальным размером отверстия) 3 м и более рекомендуется изготовлять из листового проката углеродистой и низкоуглеродистой горячеоцинкованной качественной конструкционной стали для строительства класса прочности не ниже 245 по ГОСТ Р 52246 с полимерным покрытием по ГОСТ 34180. либо из стального листового проката углеродистой и низкоуглеродистой качественной конструкционной стали по ГОСТ 1577. ГОСТ 19281, ГОСТ 27772 или тонколистового проката категории 5 по ГОСТ 16523 с цинковым и другими видами защитного покрытия (алюминиевым, цинкалюминиевым и другими). Болты. применяемые в соединениях, изготовляют по ГОСТ 7798 или ГОСТ Р ИСО 4017. шпильки — по ГОСТ 22032, классов прочности не ниже 4.6; гайки — по ГОСТ ISO 8673 или ГОСТ ISO 4032, классов прочности не ниже 5; шайбы — по ГОСТ 11371. При средней температуре наружного воздуха наибопее холодной пятидневки от минус 40 °С до минус 25 ^еС следует применять шпильки класса прочности 8.8 из стали марок 35Х. 38ХА по ГОСТ 4543.

Защитные покрытия и лотки для металлических труб

7.3.14    Основным средством защиты металлических труб от коррозии является цинковое покрытие с толщиной слоя не менее 80 мкм по ГОСТ 9.306. наносимое на внутреннюю и наружную поверхности элементов. Поверхность цинкового защитного покрытия труб не должна иметь видимых трещин, забоин. наплывов на стыкуемых поверхностях и мест, не покрытых цинком. Использование элементов с указанными дефектами не допускается. Дефекты защитного покрытия устраняются предприятием-из-готовителем.

7.3.15    Средства дополнительной защиты металлических труб от коррозии и абразивного воздействия взвесенесущих потоков следует назначать на основе данных о коррозионной активности (агрессивности) грунтов основания, насыпи и протекающей через сооружение воды.

7.3.16    Степень коррозионной активности недренирующих грунтов основания и насыпи по отношению к трубам следует определять по величине удельного электрического сопротивления грунта.

7.3.17    Удельное электрическое сопротивление грунта насыпи измеряют в карьере, из которого намечено отсыпать грунтовую и армогрунтовую обойму водопропускной трубы. Удельное электрическое сопротивление поверхностного слоя грунта (если не предусмотрено отсыпать подушку основания)

измеряется по оси трубы в местах расположения входного и выходного оголовков. Удельное электрическое сопротивление грунта определяют по ГОСТ 9.602.

7.3.18    Оценку степени коррозионной активности протекающей через сооружение воды можно проводить на основании величины pH и суммарной концентрации сульфатов и хлоридов.

7.3.19    В районах тундры и лесотундры Западной Сибири допускается применение металлических гофрированных труб на железных дорогах в среднеагрессивных средах.

7.3.20    Требования к измерению величины pH и суммарной концентрации сульфатов и хлоридов приведены в (2). Применение металлических труб на железных дорогах в сильноагрессивных средах не разрешается, а в среднеагрессивных средах допускается по отдельному согласованному проекту.

7.3.21    Дополнительные защитные покрытия труб на автомобильных дорогах и при слабой и средней агрессивности среды на железных дорогах следует наносить на наружную и внутреннюю поверхности труб. Внутри трубы устраивается бетонный или асфальтобетонный лоток. Условия применения дополнительных защитных покрытий зависят от степени коррозионной активности грунта и воды и расчетных температур воздуха.

Расчетной отрицательной температурой воздуха является средняя температура наиболее холодных суток. За расчетную положительную температуру следует принимать абсолютную максимальную температуру наружного воздуха. Окрашивать элементы труб эпоксидными эмалями допускается только в заводских условиях.

7.3.22    При укладке труб в насыпях однопутных электрифицированных на постоянном токе железных дорог (кроме раздельных пунктов) коррозионное влияние на них блуждающих токов не учитывается. При укладке труб в насыпях двухпутных, а также на раздельных пунктах однопутных линий, электрифицированных на постоянном токе железных дорог, следует устраивать электрохимическую защиту с помощью протекторов в соответствии с ГОСТ 9.602 и ГОСТ 16149. Узлы электрического контакта протекторов с трубой должны быть тщательно изолированы от контакта с грунтом. Применять протекторы необходимо только в грунтах с удельным электрическим сопротивлением до 60 Ом/м. Кроме протекторов. независимо от степени коррозионной активности грунта и воды, следует использовать полимерные покрытия на внутренней и наружной поверхностях трубы.

7.3.23    Лотки в трубах следует устраивать из сборных бетонных блоков. В лотках из монолитного бетона следует предусматривать дисперсное армирование или армирование металлической сеткой. Ее отгибают на торцах трубы и прикрепляют к двум-трем головкам болтов через каждые 2 м длины трубы. На автомобильных дорогах при расчетных температурах до минус 40 ^еС допускается применение полимерных или битумно-полимерных материалов.

7.3.24    На автомобильных дорогах для устройства лотка в трубах диаметром 1 и 1,25 м и в трубах любых диаметров при малом количестве твердых частиц в потоке и малой скорости потока¹) допускается применение покрытия из полимерных или битумно-полимерных материалов. Толщина слоя покрытия — 2—3 мм. Покрытие устраивают непосредственно на оцинкованной поверхности элементов.

7.3.25    При устройстве лотков труб в районах с расчетной температурой воздуха ниже минус 40 °С необходимо применять полимерный герметик, например на основе жидкого тиокола.

На автомобильных дорогах категорий III—IV по СП 34.13330 трубы на водотоках при малом количестве твердых частиц в потоке (до 1 % по объему и до 2 мм по размеру) и малой скорости его (до 3 м/с) допускается проектировать без устройства защитных лотков, предусматривая нанесение на внутреннюю поверхность лотковой части трубы полимерных защитных покрытий.

7.3.26    На железных дорогах трубы на водотоках при низком содержании твердых абразивных частиц во взвесенесущем потоке (до 1 % по объему и до 2 мм по размеру) и скорости до 2 м/с допускается проектировать без устройства защитных лотков, предусматривая нанесение на внутреннюю поверхность лотковой части трубы полимерных защитных покрытий.

7.3.27    При строительстве труб на постоянных водотоках под автомобильными дорогами следует устраивать лоток из бетонных блоков или предусматривать другие меры (применение износостойких материалов, армирование и др ).

7.3.28    Укрепление русла и откосов насыпи у труб в случае ожидания значительных просадок необходимо выполнять из каменной наброски, а в других случаях — допускается применять плитные или решетчатые конструкции. Крепление на мелких песках следует проводить с устройством обратного фильтра из нетканых геотекстильных материалов.

При количестве твердых частиц (размером до 15 мм) в потоке до 2 % (по объему) и при скорости потока до 2—3 м/с.

7.3.29 При применении металлических гофрированных труб на дорогах ниже категории IV при соответствующем технико-экономическом обосновании укладку труб допускается выполнять на естественное основание без устройства грунтовых подушек и противофильтрационных экранов, предусматривая подготовку основания подсыпкой с ее планировкой, а также без нанесения дополнительных защитных покрытий (или с нанесением покрытий облегченной конструкции) и без устройства лотков. При засыпке трубы необходимо обеспечивать качественное уплотнение грунта рядом с ней. Толщина засыпки над трубой должна быть не менее 0,5 м.

7.4 Требования к каменным материалам

7.4.1    В качестве каменного материала может быть использован природный или искусственный материал, обладающий необходимыми прочностью, морозостойкостью и водостойкостью, получаемый дроблением изверженных, осадочных и метаморфических горных пород. На ответственных сооружениях предпочтительно использовать каменные материалы изверженных (базальт, гранит, диабаз, диорит и т. п.) и метаморфических пород. Допускается использование местного каменного материала с соответствующими характеристиками.

7.4.2    Требуемая средняя плотность каменного материала определяется исходя из расчета устойчивости всего водопропускного сооружения, при этом для подводных частей и зоны переменного уровня воды плотность камня принимают не менее 2300 кг/м³.

7.4.3    Укладка камня в габион должна обеспечивать насыпную плотность каменного материала не менее 1750 кг/м³ с пористостью п = 0.20—0,40. При проектировании также необходимо учитывать возможность частичного самоуплотнения материала конструкций под действием вертикальных нагрузок, для этого объем каменного материала следует увеличивать на 5 % сверх расчетного объема.

7.4.4    Минимальный размер камня должен быть не менее 1.3 размера ячейки сетки габионных конструкций. Для габионов, эксплуатируемых в подводных условиях или в зоне переменного уровня воды, минимальный размер камня должен быть не менее 1.5 размера ячейки сетки. Максимальный размер камня для коробчатых и цилиндрических габионов следует принимать не более 250 мм. а для матрацно-тюфячных габионов — не более 2/3 высоты матраца. Для габионных конструкций, используемых в условиях волнового воздействия, обязательно устройство обратных фильтров из нетканого геосинтетического материала.

7.4.5    Минимальный размер камня для фильтрующих насыпей определяется расчетом на пропуск расчетного расхода водного потока.

7.4.6    Прочность на сжатие каменного материала должна составлять не менее: для изверженных пород — 90 МПа. метаморфических — 60 МПа. осадочных — 50 МПа. При эксплуатации габионных конструкций в зоне переменного уровня воды прочность на сжатие для метаморфических пород рекомендуется принимать не менее 90 МПа. для осадочных — не менее 75 МПа.

7.4.7    Морозостойкость каменных материалов для изверженных горных пород должна приниматься не ниже F100, для метаморфических и осадочных пород — не ниже F50. При эксплуатации конструкций (сооружений) в зоне переменного уровня воды морозостойкость каменных материалов рекомендуется принимать в зависимости от среднемесячной температуры наиболее холодного месяца в году: от минус 10 °С до минус 20 °С — F150. ниже минус 20 *С — F200

7.4.8    Для конструкций, подвергающихся воздействию воды, коэффициент размягчаемости (показатель снижения прочности при погружении в воду) должен составлять не ниже: для метаморфических и изверженных пород — 0.9; для осадочных — 0.8.

7.5 Требования к грунтам

7.5.1    Грунты, используемые для сооружения грунтовой или армогрунтовой обоймы водопропускных труб, должны обеспечивать на момент окончания строительства или после стабилизации нормативные требования в части прочности основной площадки земляного полотна под подвижной нагрузкой и устойчивость откосов при воздействии природных факторов. При невозможности обеспечить требуемые прочность и устойчивость земляного полотна должны быть назначены соответствующие мероприятия по его усилению.

7.5.2    Для сооружения грунтовой или армогрунтовой обоймы водопропускных труб следует использовать скальные крупнообломочные и песчаные грунты, а при отсутствии их достаточных запасов допускается при технико-экономическом обосновании разрабатывать и укладывать мерзлые песчаные грунты по технологическим схемам с использованием эффективных методов технической мелиорации грунтов, обеспечивающих их оттаивание и уплотнение в процессе строительства.

7.5.3    Для засыпок металлических гофрированных труб допускается применение только песчаных и крупнообломочных грунтов с максимальным размером фракции, не превышающим 40 мм.

7.5.4    По степени пригодности мерзлых песчаных грунтов для сооружения земляного полотна следует различать: сыпучемерзлые (суммарная влажность до 3 %). сухомерзлые (3 % — 6 %), твердомерзлые маловлажные (6 % — 12 %). твердомерзлые влажные (12 % — 22 %). твердомерзлые водонасыщенные (22 % — 25 %).

7.5.5    Сыпучемерзлые песчаные грунты пригодны для сооружения грунтовых и армогрунтовых обойм водопропускных труб без ограничений (при обеспечении требований 7.5.1). Сухомерзлые грунты применяют для сооружений грунтовых и армогрунтовых обойм по технологическим схемам с послойным их уплотнением решетчатыми или вибрационного действия катками до нормируемой плотности с учетом расчетной осадки до уплотнения при оттаивании.

7.5.6    Твердомерзлые песчаные грунты с суммарной влажностью до 12 % используют в конструкциях армогрунтовых обойм с обязательным устройством обратных фильтров.

7.5.7    Использование твердомерзлых песчаных грунтов с суммарной влажностью от 12 % до 25 % допускается для сооружения экспериментальных конструкций грунтовых и армогрунтовых обойм по одно- и двухэтапным технологическим схемам, включающим при двухэтапной технологии заготовку твердомерзлого грунта в бурты, его полное оттаивание и укладку оттаявшего грунта в тело грунтовой обоймы с уплотнением в талом состоянии в процессе строительства, а при одноэтапной технологии — укладку твердомерзлых грунтов зимой непосредственно в насыпи в геотекстильных обоймах.

7.5.8    Льдонасыщенные мерзлые грунты и льдогрунтовую массу укладывать в грунтовые и армогрунтовые обоймы водопропускных труб не допускается. Льдонасыщенные песчаные грунты с суммарной влажностью 25 % — 38 % можно использовать только для заготовки талого грунта в карьерах. Заготовленный в бурты грунт следует использовать в конструкциях насыпей в талом состоянии при влажности, близкой к оптимальной.

7.5.9    Торфяные грунты используют в конструкциях грунтовых и армогрунтовых обойм в качестве тепловых амортизаторов и диодов, а также для укрепления откосов в смеси с песчаным и супесчаным грунтами.

7.5.10    Для грунтовых и армогрунтовых обойм следует применять грунты с засоленностью не более 0.3 % с учетом требований СП 28.13330. При необходимости применения грунтов с большей засоленностью (до 0.5 %) следует предусматривать дополнительные мероприятия.

7.6 Геосинтетические материалы

7.6.1    Прочность при растяжении и относительное удлинение геосинтетических материалов при максимальной нагрузке определяют в соответствии с ГОСТ Р 55030. Для всех видов геосинтетических материалов на прочность и относительное удлинение могут влиять такие факторы, как температура, величина pH. ультрафиолетовое излучение и др. В зависимости от полученных данных по результатам испытаний на растяжение геосинтетические материалы могут разделяться по классам прочности, определяющим область их применения.

7.6.2    Определение механических характеристик при продавливании образцов геосинтетических материалов используется при выборе материала для разделения слоев грунта, армирования грунтов, гидроизоляции и др. Если по условиям эксплуатации геосинтетический материал на строительной площадке подвергается механическим воздействиям на продавливание, то данная характеристика должна быть определена. В зависимости от полученных данных при испытании на продавливание геосинтетические материалы разделяют по классам, определяющим область их применения.

7.6.3    Геосинтетические материалы в зависимости от условий их применения должны отвечать требованиям: ударной прочности, ползучести, стойкости к воздействию механических повреждений, прочности швов и соединений элементов структуры материала, водопроницаемости, стойкости к ультрафиолетовому излучению, морозостойкости, стойкости к воздействию агрессивных сред и микроорганизмов.

7.6.4    Эффективный размер пор геосинтетических материалов определяют по ГОСТ Р 53238. При размещении геосинтетических материалов следует предусматривать их защиту от ультрафиолетового излучения.

7.6.5    Устойчивость геосинтетических материалов к воздействию агрессивных сред определяют в соответствии с ГОСТ Р 55035. Морозостойкость геосинтетических материалов определяют в соответствии с ГОСТ Р 55032.

7.6.6    Выбор коэффициентов запасов для определения долговременной прочности материала проводят в соответствии с исходным сырьем применяемого геосинтетического материала, функцией, условиями применения и сроком службы элементов конструкции системы водопропускного или водоотводного сооружения. Срок службы элементов водопропускного или водоотводного сооружения устанавливается заказчиком в задании на проектирование.

8 Конструирование водопропускных труб и систем водоотвода

8.1    При проектировании необходимо учитывать пространственную и временную изменчивость физико-механических свойств грунтов в пределах подстилающей и примыкающей к водопропускной трубе частей грунтового массива.

В отличие от регионов с сезонным промерзанием грунтов водопропускные трубы и системы водоотвода должны быть рассчитаны на два критических состояния — паводок, который может механически разрушить трубу, и меженные воды, которые оказывают существенное тепловое воздействие на мерзлоту.

Снегозаносы оказывают не только механическое, но и тепловое воздействие, поэтому снегозащитные заборы и другие сооружения должны быть рассчитаны с учетом их теплового влияния на грунты основания.

Для учета указанных выше особенностей следует использовать технические решения, приведенные в приложении В.

8.2    Многоочковые трубы допускается проектировать с расположением очков в разных уровнях, размещая одну из них в уровне русла водотока, а остальные — на отметке выше уровня меженных вод.

8.3    Трубы следует проектировать с возможно минимальным устройством котлованов, приемных колодцев, глубоких бетонных, железобетонных и других экранов, различных врезов в мерзлых грунтах, предусматривая подготовку основания подсыпкой с ее планировкой.

8.4    Проектирование труб в пучинистых грунтах необходимо выполнять с учетом расчета на воздействие вертикальных и горизонтальных сил морозного пучения, касательных к боковой поверхности частей трубы, расположенных в пределах деятельного слоя, над ВГВМ. Расчеты выполняют в соответствии с требованиями СП 25.13330. Для уменьшения этого воздействия и обеспечения устойчивости труб следует предусматривать конструктивные мероприятия, например придание наклона боковым поверхностям трубы, находящимся над ВГВМ. фундаментам под откосными крыльями и первыми секциями оголовков с противопучинными анкерными выступами, засыпку котлованов песчано-щебеночной смесью с тщательным послойным (по 10—15 см) уплотнением.

Для труб в тяжелых мерзлотно-грунтовых условиях (болота, сильнопучинистые грунты, вечная мерзлота) следует предусматривать мероприятия, направленные на повышение ремонтопригодности и приспособление трубы к ее нормальной эксплуатации при наличии деформаций звеньев и оголовков от воздействия морозного пучения грунтов и деградации вечной мерзлоты, а также от деформаций прилегающих участков насыпи.

8.5    На водотоках, основание которых в пределах двойной мощности сезоннооттаивающего слоя представлено непросадочными грунтами, допускается проектировать бесфундаментные трубы.

8.6    На водотоках, характеризующихся наличием слоя просадочных при оттаивании грунтов мощностью не более 2 м. предпочтение следует отдавать бесфундаментным трубам или трубам с фундаментами мелкого заложения при условии, что суммарная величина осадки грунтов основания может быть учтена при назначении строительного подъема. При невозможности выполнения этого условия предусматривают полную или частичную замену слабого грунта грунтовой подушкой из щебеночных, гравийных или гравийно-песчаных материалов, имеющих оптимальную или близкую к ней влажность.

8.7    На водотоках, характеризующихся наличием в основании слоя сильнопросадочных и просадочных грунтов мощностью более 2 м. предусматривают свайные фундаменты. Применение массивных бетонных фундаментов труб допускается только при отсутствии подруслового стока и при соответствующем технико-экономическом обосновании.

8.8    Минимальную глубину заложения фундаментов следует назначать в зависимости от расчетной глубины сезонного оттаивания грунтов основания Н_р. их свойств (по СП 35.13330) и типа фундамента:

-    свайного — Н_р + 2 м. но не менее 3 м;

-    массивного бетонного — Н_р. но не менее 1.5 м:

H_p = hT_rm₍K_w,    (8.1)

где ht} — нормативная глубина сезонного оттаивания грунта, м;

m_t— коэффициент теплового влияния конструкций на грунт основания, принимаемый для фундамента: массивного бетонного — 0,8; свайного, с плитой на поверхности грунта — 1,0;

K_w — поправочный коэффициент к нормативной глубине оттаивания грунта при его естественной влажности.

8.9    Для уменьшения толщины грунтовой подушки предусматривают в основании теплоизолирующие слои. При ММГ оснований, используемых в оттаявшем состоянии, несущая способность которых

ниже расчетного давления под подошвой фундамента трубы, следует предусматривать свайные или столбчатые фундаменты. При этом подошва ростверка должна быть заложена на том же уровне, как при фундаментах на естественном основании.

8.10    Трубы следует проектировать с входными и выходными оголовками. При низких насыпях могут быть предусмотрены многоочковые безнапорные трубы без выходных оголовков. Металлические гофрированные трубы допускается проектировать без устройства оголовков при соблюдении требований СП 35.13330 В остальных случаях следует применять воротниковые оголовки, а при необходимости — портальные и раструбные с небольшим заглублением (не более 0.4—0.5 м) в грунты основания.

8.11    На водотоках, основание которых в пределах двойной мощности сезоннооттаивающего слоя сложено непросадочными грунтами, конструкции укреплений подводящих и отводящих русел принимают в соответствии с типовыми решениями для обычных условий, исходя из гидравлических расчетов.

8.12    На всех водотоках отводящее русло, как правило, должно быть запроектировано с уклоном не менее 2 %. Тип укрепления подводящих и отводящих русел, сложенных просадочными грунтами, принимают в зависимости от их уклона: а) не более 1 % — бутовая кладка по слою теплоизоляции из мха, торфа толщиной не более 20 см в плотном состоянии: б) от 1 % до 5 % — цементобетон (сборный или монолитный) по слою теплоизоляции из мха, торфа толщиной до 30 см в плотном состоянии; в) более 5 % — быстротоки по слою теплоизоляции в соответствии с требованиями перечисления б).

8.13    На водотоках, основание которых сложено сильнопросадочными грунтами, тип укрепления принимают в зависимости от уклона русел: не более 1 % с учетом перечисления а) 8.12; от 1 % до 5 % с учетом перечисления б) 8.12; более 5 % — бетонные, металлические или деревянные лотки на сваях, заглубляемых в вечномерзлый грунт по расчету на выпучивание. На местности с уклоном более 1 % отводящие русла целесообразно укреплять по всей длине косогора, устраивая у его подножия гасители энергии водного потока.

8.14    При проектировании следует предусматривать: максимальное сохранение мохорастительно-го покрова на расстоянии не менее 20 м от концевых звеньев трубы и не менее 20 м в каждую сторону от нее; засыпку пазух в котлованах, подсыпку под фундаменты; устройство подготовок под крепления русел водонепроницаемыми глинистыми грунтами; устройство на откосах насыпи каменной наброски толщиной от 1 до 1.5 м выше уровня верха трубы на 1 м или торфяной призмы толщиной не менее 1 м до уровня верха трубы, протяженность которых вдоль дороги должна быть не менее четырех диаметров трубы в каждую сторону от ее оси или от оси крайних звеньев для многоочковых труб; устройство общего фундамента под звенья многоочковых труб.

8.15    Для повышения устойчивости конструкции следует предусматривать: размещение откосных крыльев оголовков и оголовочной секции на общем фундаменте, засыпку понижений в районе трубы глинистым грунтом в виде бермы высотой от 0,2 до 0.3 м с уклоном ее верха от 2 % до 4 % в сторону русла водотока с целью предотвратить застой воды и увеличить скорость ее протекания вдоль подошвы насыпи; обеспечение проветривания труб в зимний период с помощью вентиляционных труб, концы которых выводят за пределы снежных отложений, или других устройств в условиях большой снегозаносимости (когда отверстие трубы может быть полностью занесено снегом).

8.16    На участках природных наледей, образующихся по руслам водотоков, трубы применяют совместно с утепленными лотками и (или) другими противоналедными защитными сооружениями, а также трубы с конструкциями фундаментов совместно с дренажно-каптажными устройствами. На постоянных водотоках вместо труб следует применять мосты.

8.17    Безналедный пропуск водотоков осуществляют с применением утепленных лотков при четко выраженном, сконцентрированном в одном месте наледном источнике с температурой воды выше 3 °С и его незначительном удалении от сооружения. Толщину утепления лотков устанавливают теплотехническим расчетом.

8.18    Постоянный противоналедный лоток необходимо проектировать совместно с трубой. Лоток можно устраивать с заглублением в грунт или на его поверхности. Длину лотка принимают равной ширине моста или длине трубы.

8.19    Наледи выше искусственного сооружения целесообразно задерживать на водотоках с малыми расходами и при наличии пологих (уклон менее 2 %) и широких логов, позволяющих накапливать лед одним-двумя заборами или земляными валами с заборами в проеме.

8.20    Трубы на участках прогнозируемых наледей допускается проектировать с облегченными или свайными фундаментами, предусматривая теплоизолирующие подушки, чтобы глубина промерзания грунта под фундаментом была менее глубины промерзания грунтов в естественных условиях.

8.21    Подошву фундамента (теплоизолирующей подушки) трубы следует располагать выше уровня грунтовых вод. Если это условие выполнить невозможно, проектируют мосты с увеличенными отверстиями или при соответствующих технико-экономических обоснованиях трубы и мосты с дренажно-каптажными устройствами.

8.22    Каптаж совместно с дренажом следует применять при наличии источников подземных вод. выходящих на склоне выше дороги. Он может состоять из одного или нескольких колодцев, а также из коротких галерей, канав или лотков и отводных устройств.

8.23    Колодцы и водоотводные трубы необходимо утеплять, а трубы закладывать в нижней трети глубины сезонного промерзания грунта в естественных условиях

8    24 На малых водотоках и ручьях при глубине залегания водоупорного слоя не более 3—5 м и низкой температуре воды (ниже 3 °С) необходимо предусматривать устройства, активизирующие на-ледный процесс и задерживающие наледь в удалении от сооружения (наледные пояса, активные про-тивоналедные валы, вентиляционно-морозильные и самонастраивающиеся установки).

9    Особенности проектирования конструкций водопропускного тракта

9.1    Общие положения

9.1.1    Водопропускные трубы и водоотводные канавы, выполняющие в совокупности функции водопропускного тракта в системе инженерной защиты, обеспечивающей безопасность движения на автомобильных и (или) железных дорогах при пересечении ими водных препятствий, следует проектировать как искусственные сооружения под расчетные эксплуатационные нагрузки с учетом пространственной и временной изменчивости воздействий потенциальных и массовых сил на протяжении их жизненного цикла с учетом прогнозируемых изменений климата.

9.1.2    Проектные решения водопропускных труб и водоотводов должны быть обоснованы расчетами термического и гидравлического режимов, взаимодействующих с сооружениями грунтовых массивов постоянных и временных водотоков, с учетом изменений мерзлотно-грунтовых и ледотермических условий.

9.1.3    Гидравлические расчеты труб и канав на воздействие водного потока проводят на основании гидрографов и графиков расчетных паводков. Вероятности превышения максимапьных расходов расчетных паводков следует принимать с учетом категории дороги в соответствии с требованиями СП 35.13330.

Расчетные расходы для водопропускных труб на железных и автомобильных дорогах назначаются:

-для высокоскоростных и особо грузонапряженных железных дорог — 0,3 % обеспеченности;

-    железных дорог категорий I—III — 2 % и 3 % обеспеченности;

-    железных дорог категорий IV—V — 3 % и 5 % обеспеченности.

9.1.4    В системе водопропускного тракта, включающего водоотводы и водопропускную трубу, необходимо рассматривать их взаимодействие с грунтовыми массивами основания, вмещающей насыпи и прилегающей территории и с надземными и подземными водотоками с учетом пространственно-временной изменчивости их параметров и рельефа местности (таблица 9.1).

Комплекс сооружений водопропускного тракта, обеспечивающий функциональную безопасность железной или автомобильной дороги, следует проектировать одновременно с проектированием их трасс. Водопропускные сооружения должны обеспечивать пропуск воды без нарушения непрерывности работы всего комплекса дорожных сооружений и быть удобными и безопасными для движения транспорта.

Таблица 9.1 — Элементы водопропускных труб и водоотводов по условиям их гидравлической работы в районах вечной мерзлоты

Элементы водопропускных труб и водоотводов Возможное негативное влияние мерзлоты 1 Верхний бьеф Спокойный поток (равнинные условия) Бурный поток (косогорные условия, быстротоки) Увеличение разрыва при оттаивании мерзлоты, термокарст при образовании пруда при оттаивании

Окончание таблицы 9 1

Элементы водопропускных труб и водоотводов Возможное негативное влияние мерзлоты 2 Сопряжение верхнего бьефа с собственно сооружением Сопряжение равнинного типа (спокойный поток, ого-ловки — равнинные условия). дамбы, противокарче-ходные заборы Сопряжение косогорного типа (бурный поток) Увеличение размыва при оттаивании мерзлоты, термокарст при образовании пруда при оттаивании Быстроток равной ширины с трубой Противоналед-ное сужение, дамбы, селекар-чеходные заборы 3 Собственно сооружение Труба Фильтрующая насыпь Перелив-ная насыпь. лоток Водоотводная канава Поверх ностный водоотвод Смегоза-носимость, наледео-бразование, образование пруда и термокарста Технически гладкая Повышенной шероховатости (в том числе гофрированная) Напорная Безнапорная 4 Сопряжение с нижним бьефом Без гаситепей энергии С гасителями энергии Увеличение размыва при оттаивании мерзлоты 5 Нижний бьеф Свободное растекание (затопленное и незато-пленное) Несвободное растекание Образование пруда и тер-мокарста Без образования промоины С образованием промоины При течении в подпоре При протекании в узком логу (влияние берегов)

9.1.5    Регламенты технического обслуживания и ремонтов сооружений водопропускного тракта должны разрабатываться и утверждаться одновременно с разработкой проектной документации на строительство.

9.1.6    Выбор принципа взаимодействия сооружений водопропускного тракта с вечномерзлыми и многолетнемерзлыми грунтами принимается на основании технико-экономических сравнений в увязке с принципами взаимодействий, принятыми для дорог, как ПТС. Принцип строительства I с сохранением мерзлоты без оттаивания рекомендуется для применения на территории севернее параллели 50° с. ш. Проектирование сооружений водопропускного тракта на объектах южнее параллели 50° с. ш. осуществляется на основе принципа использования мерзлых грунтов оснований II — с допущением оттаивания мерзлоты. При этом должны быть рассмотрены варианты мероприятий по регулированию термического режима оттаивающих грунтов в целях адаптации существующих зданий и сооружений к изменению несущей способности оснований по мере оттаивания мерзлоты.

9.1.7    При расчете режимов протекания потока через водопропускное сооружение в условиях вечной мерзлоты каждый из элементов водопропускного тракта должен быть рассчитан на вероятность образования промоин в совокупности с прилегающими элементами.

Основное внимание должно быть обращено на стыки элементов, где могут зарождаться негативные процессы оврагообразования.

9.1.8    Исходными данными для гидравлического расчета являются расчетный расход и расчетный уровень воды, режим работы трубы, уклон лотка сооружения, характер русла. В качестве расчетного режима работы трубы принимается безнапорный режим, при котором входной оголовок не затоплен и движение водного потока в трубе безнапорное.

9.1.9    Для защиты водопропускных сооружений от карчехода применяют улавливающие устройства (решетки, свайные ряды и сетчатые барьеры).

9.1.10    Водопропускные сооружения на воздействие водного потока на железных дорогах общей сети и подъездных, не связанных с технологическими перевозками, согласно СП 35.13330 рассчитывают на два паводка (расчетный и наибольший) и соответствующие им уровни.

9.1.11    Водоотводные канавы рассчитывают только на расчетные расходы и соответствующие им уровни превышения по СП 35.13330 при допустимом возвышении бровки земляного полотна над соответствующим уровнем воды. При этом аккумуляцию воды перед сооружениями допускается учитывать для ливневого стока или стока талых вод при отсутствии снежных заносов перед сооружением и опасности образования термокарста.

9.1.12    В результате гидравлических расчетов должны быть определены: размер отверстия и длина трубы, форма и размеры оголовков, скорости течения потока на входе и на выходе из трубы, глубины потока на входе и на выходе из трубы, подпор воды у входного отверстия трубы, типы укрепления русла. Гидравлические расчеты должны быть основаны на данных гидрологических изысканий и расчетов по определению расчетных расходов и объемов стока, формы гидрографа.

Должны быть также определены:

-    наибольшие глубины перед сооружениями (при спокойном потоке — равнинные условия — подпертые глубины, при бурном потоке — косогорные условия — высота наибольших всплесков потока), определяющие высоту насыпи:

-    глубины воды на входе в сооружение и наибольшие глубины воды в сооружениях, по которым устанавливают заполнение и режим протекания воды в трубах и возвышение низа пролетных строений мостов;

-    глубины воды и скорости на выходе из сооружений, по которым определяют размеры и тип укреплений на выходе;

-    максимальные глубины размыва.

9.1.13    Полученные расчетом гидравлические характеристики должны обеспечивать протекание воды в расчетном гидравлическом режиме с допустимой степенью заполнения трубы на входе (при принятии в качестве расчетного безнапорного режима) со скоростями на входе и на выходе из трубы, которые не допускают поврехедения трубы, размыва грунта насыпи и подводящего и отводящего русел.

Глубины размыва на выходах из водопропускных сооружений на железных дорогах определяют по двум расходам, причем расчетный расход увеличивают на 30 % для учета возможных ошибок в целях обеспечения нормальных условий эксплуатации, что соответствует увеличению глубины размыва на 20 %.

9.1.14    Выбор типа сооружения должен быть обоснован в результате технико-экономического сравнения при обеспечении функциональной надежности по требуемым гидравлическим и конструктивным условиям с учетом заводского изготовления конструкций и производственных возможностей строительных организаций.

9.1.15    При варьировании проектной линии дороги следует рассматривать варианты вероятного пропуска воды с нескольких бассейнов в одно сооружение путем устройства продольного водоотвода или сброса расхода из одного сооружения в другое; рассматривают также варианты излома профиля сооружения, применения гасителей на выходе из сооружений и устройства рациональных типов выходных русел.

9.1.16    При проектировании водопропускных труб и водоотводных сооружений на вечной мерзлоте и многолетнемерзлых грунтах для предварительных гидравлических расчетов стока ливневых и талых вод могут использоваться программные комплексы, допущенные к применению в порядке, установленном действующим законодательством Российской Федерации.

9.2 Элементы водопропускного тракта верхнего бьефа

9.2.1    Расчет элементов водопропускного тракта и назначение их конструктивных решений выполняют последовательно по направлению потока воды, от расчета характеристик и параметров потока в верхнем бьефе, сопрягающих сооружений с основным водопропускным сооружением водопропускного тракта, сопрягающим сооружениям нижнего бьефа и водоотводов.

9.2.2    Расчетные характеристики параметров потока во всех сооружениях водопропускного тракта определяют на основании принятого режима эксплуатации водопропускного тракта на восприятие расхода от максимального стока (ливневого или снегового) паводковых вод.

9.2.3    Расходы воды в верхнем бьефе водопропускного тракта определяют в результате гидрологических расчетов, предшествующих гидравлическим и независимых от гидравлики сооружений. Аккумуляция определяется совместно с гидравлическими расчетами для конкретных типов и отверстий сооружения, обладающего определенной пропускной способностью, и допускается только на территориях. где исключена возможность образования термокарста.

Содержание

1    Область применения...................................................................................................................................1

2    Нормативные ссылки...................................................................................................................................1

3    Термины, определения и сокращения .......................................................................................................2

4    Общие положения .......................................................................................................................................3

5    Виды водопропускных труб и систем водоотвода.....................................................................................5

6    Особенности работы сооружений в регионах с распространением многолетнемерзлых грунтов .......5

7    Требования к материалам и изделиям ......................................................................................................6

8    Конструирование водопропускных труб и систем водоотвода ..............................................................12

9    Особенности проектирования конструкций водопропускного тракта....................................................14

10    Расчет напряженно-деформированного состояния конструкций водопропускных труб

и систем водоотвода ...............................................................................................................................19

11    Особенности температурного режима грунтов тела и оснований сооружений ..................................22

12    Прогнозирование изменений температурного режима многолетнемерзлых грунтов........................23

13    Контроль качества, приемка работ ........................................................................................................24

14    Мониторинг...............................................................................................................................................25

Приложение А Классификация водопропускных сооружений ..................................................................28

Приложение Б Методы стабилизации мерзлотно-грунтовых условий.....................................................36

Приложение В Выбор конструктивных решений водопропускных сооружений на вечной мерзлоте ....38

Приложение Г Особенности температурного режима грунтов тела и оснований сооружений..............46

Приложение Д Теплофизический мониторинг водопропускных труб.......................................................49

Приложение Е Противоналедно-водопропускные сооружения ................................................................52

Библиография ...............................................................................................................................................57

9.2.4    Требования к проведению гидрологических расчетов приведены в (1). Ливневый сток для периодических водотоков для малых водопропускных сооружений допускается рассчитывать по (1].

Требования к расчетам максимальных расходов ливневого стока с бассейнов площадью до 100 км² приведены в [1J.

9.2.5    Максимальные расходы снегового стока рассчитывают по заданной вероятности превышения при обработке собранных натурных гидрометрических данных по теории вероятностей и математической статистики.

9.2.6    Расчетные гидрологические характеристики определяют:

-    при наличии данных гидрометрических наблюдений непосредственно по этим данным;

-    недостаточности данных гидрометрических наблюдений — приведением их к многолетнему периоду по данным аналогов с наиболее длительными рядами наблюдений;

-    отсутствии данных гидрометрических наблюдений — по аналогам и картам.

Малые водопропускные сооружения рассчитывают на воздействие паводков, для железных и федеральных автомобильных дорог расчет ведется на два паводка: расчетный и наибольший, для местных автомобильных дорог — только на расчетный.

Расчеты основных параметров взаимодействия водного потока с сооружениями водопропускного тракта в верхнем бьефе проводят по формулам гидравлики с использованием номограмм и программных комплексов, разработанных на основе анализа энергетического баланса в сечениях потока или численных решений уравнений гидравлики.

9.2.7    Расчеты подводящих открытых русел в верхнем бьефе водопропускного тракта проводят по уклонам дна и свободной поверхности водного потока с учетом изменений геометрии русел и допустимых скоростей потока.

9.3    Расчет сопрягающих сооружений в водопропускном тракте

9.3.1    Характер протекания водного потока на подводящем русле при входе в основное водопропускное сооружение водопропускного тракта — трубу, лоток, фильтрующую насыпь — и на выходе из него в отводящее русло, во избежание возникновения деформаций и размывов, на этих участках устраиваются сопрягающие сооружения. К ним относятся быстротоки, водосливы, порталы, гасители скорости потока, защитные преграды от карчехода. снегозаноса, наледеобразования.

9.3.2    При проектировании сопрягающих сооружений водопропускного тракта необходимо учитывать специфику работы водопропускных труб и систем водоотводов на вечной мерзлоте (приложение Б) и совмещение с устройствами управлением температурным режимом (приложение Г).

9.4    Основные сооружения водопропускного тракта

9.4.1    Геометрические размеры сооружений водопропускного тракта, обеспечивающие пропуск водного потока через трассу железных и автомобильных дорог (водопропускные трубы, мосты, фильтрующие насыпи и открытые лотки (переливные насыпи)) должны быть обоснованы гидравлическими расчетами.

9.4.2    Гидравлические расчеты в проектах основных сооружений выполняют для определения пропускной способности, расхода воды и обеспечения функциональной безопасности сооружения при пропуске паводковых вод с гарантией исключения возможности деформаций за счет реализации при строительстве технических решений по выбору конструкций и материалов сооружения и достоверного прогноза его взаимодействия с окружающей средой.

9.4.3    Гидравлические расчеты водопропускных труб, подводящих и отводящих русел водопропускного тракта на территориях с вечномерзлыми и многолетнемерзлыми грунтами следует проводить в комплексе с теплофизическими расчетами и расчетами НДС.

9.5    Водопропускные сооружения нижнего бьефа

9.5.1 Гидравлические расчеты нижнего бьефа водопропускных сооружений включают расчет комплекса устройств, находящихся за выходными оголовками труб, конусами мостов и на участке выхода потока из других водопропускных сооружений (лотков, фильтрующих и переливных насыпей). Выходные русла устраивают с укреплением концевых участков каменной наброской и гасителями энергии потока.

При расчете на ММГ рассматривают два основных случая:

-    выходное русло на оттаивающей мерзлоте размываемое, сопряжение его с бытовым логом происходит с образованием воронки размыва в конце короткого укрепления;

Введение

Настоящий свод правил разработан в соответствии с федеральными законами от 30 декабря 2009 г № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергоэффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании».

Настоящий свод правил разработан авторским коллективом ООО «ЦЛИТ» (ответственный исполнитель — д-р техн. наук В В. Пассек, канд. техн. наук НА. Цуканов, канд. техн. наук Г.М. Поз. канд. техн. наук Е С. Пшеничникова, канд. техн. наук 8/7. Вепичко. канд. техн. наук Вяч. В. Пассек, канд. техн. наук В.Г. Дубинин. М.И. Гринченко), АО ЦНИИС (канд. экон. наук И А Бегун), д-р техн. наук ГС. Переселен-кое. канд. техн. наук Г.Г. Орлов, канд. техн. наук В. А. Герасимов, канд. техн. наук А.И. Штейн. канд. техн. наук В И. Казаркина. В Б. Гниздовский. канд. техн. наук Г.П. Минайлов, канд. техн. наук С.Н. Юсупов. канд. техн. наук Н Ф Вербух. д-р техн. наук А А Цернант (научный консультант).

СВОД ПРАВИЛ

ВОДОПРОПУСКНЫЕ ТРУБЫ И СИСТЕМЫ ВОДООТВОДА В РАЙОНАХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ

Правила проектирования

Culverts and drainage systems in areas of permafrost Design rules

Дата введения — 2019—06—26

1    Область применения

Настоящий свод правил распространяется на проектирование водопропускных труб и систем водоотвода на новых и реконструируемых железных и автомобильных дорогах в районах распространения многолетнемерзлых грунтов.

2    Нормативные ссылки

В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 9.306-85 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Обозначения

ГОСТ 9.602-2016 Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии

ГОСТ 380-2005 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки

ГОСТ 535-2005 Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества. Общие технические условия

ГОСТ 1050-2013 Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия

ГОСТ 1577-93 Прокат толстолистовой и широкополосный из конструкционной качественной стали. Технические условия

ГОСТ 4543-2016 Металлопродукция из конструкционной летрованной стали. Технические условия ГОСТ 7798-70 Болты с шестигранной головкой класса точности В. Конструкция и размеры ГОСТ 11371-78 Шайбы. Технические условия

ГОСТ 14637-89 Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества. Технические условия

ГОСТ 14918-80 Сталь тонколистовая оцинкованная с непрерывных линий. Технические условия ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

ГОСТ 16149-70 Защита подземных сооружений от коррозии блуждающим током поляризованными протекторами. Технические требования

ГОСТ 16523-97 Прокат тонколистовой из углеродистой стали качественной и обыкновенного качества общего назначения. Технические условия

ГОСТ 19281-2014 Прокат повышенной прочности. Общие технические условия ГОСТ 21123-85 Торф. Термины и определения

ГОСТ 22032-76 Шпильки с ввинчиваемым концом длиной 1 d. Класс точности В. Конструкция и размеры

ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация

ГОСТ 27772-2015 Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия ГОСТ 34180-2017 Прокат стальной тонколистовой холоднокатаный и холоднокатаный горяче-оцинкованный с полимерным покрытием с непрерывных линий. Технические условия

Издание официальное

ГОСТ ISO 4032-2014 Гайки шестигранные нормальные (тип 1). Классы точности А и В ГОСТ ISO 8673-2014 Гайки шестигранные нормальные (тип 1) с мелким шагом резьбы. Классы точности А и В

ГОСТ Р 52246-2016 Прокат листовой горячеоцинкованный. Технические условия ГОСТ Р 53238-2008 Материалы геотекстильные. Метод определения характеристики пор ГОСТ Р 55030-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения прочности при растяжении

ГОСТ Р 55032-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения устойчивости к многократному замораживанию и оттаиванию

ГОСТ Р 55035-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения устойчивости к агрессивным средам

ГОСТ Р 57997-2017 Арматурные и закладные изделия сварные, соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Общие технические условия

ГОСТ Р ИСО 4017-2013 Винты с шестигранной головкой. Классы точности А и В СП 16.13330.2017 «СНиП 11-23-81* Стальные конструкции» (с изменением № 1)

СП 22.13330.2016 «СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений» (с изменениями Ne 1, №2) СП 25.13330.2012 «СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» (с изменениями № 1, Ne 2. № 3)

СП 28.13330.2017 «СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии» (с изменением № 1)

СП 35.13330.2011 «СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы» (с изменением № 1)

СП 46.13330.2012 «СНиП 3.06.04-91 Мосты и трубы» (с изменениями № 1. № 3. № 4)

СП 48.13330.2011 «СНиП 12-01-2004 Организация строительства» (с изменением № 1)

СП 354.1325800.2017 Фундаменты опор мостов в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Правила проектирования и строительства

Примечание — При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения Если ссылочный документ отменен без замены, то положение. в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов

3 Термины, определения и сокращения

3.1    Термины и определения

В настоящем своде правил применены термины по ГОСТ 25100, ГОСТ 21123, СП 25.13330, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1    бьеф: Часть водоема, реки или канала, примыкающая к водонапорному сооружению (плотине. шлюзу, гидроэлектростанции и др).

Примечание — Верхний бьеф расположен по течению выше водонапорного сооружения, нижний бьеф находится ниже него

3.1.2    звено водопропускной трубы: Элемент сборной водопропускной трубы, имеющий замкнутый контур в поперечном сечении.

3.1.3    криогенная текстура: Система ледяных включений в мерзлом грунте, определяется формой. величиной, взаиморасположением ледяных образований.

3.1.4    наледь (здесь): Отложение льда, образовавшегося в результате замерзания: подземной воды, излившейся на земную поверхность: речной воды или иного водотока, излившейся на поверхность ледяного покрова, в том числе при таянии снежного покрова.

3.1.5    оголовок водопропускной трубы: Крайний элемент трубы, удерживающий откос насыпи по концам трубы и обеспечивающий вход водного потока в трубу и выход из нее.

3.1.6    природно-техническая система; ПТС (здесь): Комплекс взаимодействующих природных и антропогенных (техногенных) объектов в пределах выделенного таксона с одинаковыми физико-географическими условиями.

3.1.7    тело водопропускной трубы: Основная часть трубы между оголовками, находящаяся во вмещающем грунтовом массиве насыпи, грунтовой/армогрунтовой обоймы, по которой осуществляется пропуск воды.

3.1.8    температурный режим грунтов (здесь): Совокупность и последовательность измерений температуры грунта вследствие поступления, перемещения аккумулирования и расхода тепла на протяжении определенного отрезка времени.

3.1.9    термоопора: Часть инженерного сооружения, которая охлаждает грунт и выполняет функции несущего элемента, а также контрольной термоскважины.

3.2 Сокращения

ВГВМ — верхняя граница вечной мерзлоты;

ММГ — многолетнемерзлые грунты;

НДС — напряженно-деформированное состояние.

4 Общие положения

4.1    При проектировании водопропускных труб и систем водоотвода на ММГ в зависимости от их конструктивных и технологических особенностей и мерзлотно-грунтовых условий следует применять один из следующих принципов использования этих грунтов в качестве основания:

-    принцип I — грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в течение всего периода эксплуатации сооружения. При этом грунты могут быть мерзлыми до строительства или замораживаемыми в процессе строительства;

-    принцип II — грунты основания используются в талом или оттаивающем состоянии.

Следует преимущественно применять принцип I. Применение принципа II связано с более значительными неопределенностями, с нарушением равновесия среды, в частности с протаиванием смежных массивов, расположенных рядом или внизу, что может привести к деформации или сдвигу больших массивов. Поэтому при применении принципа II следует провести расчет теплового влияния расчетной зоны на соседние массивы и их устойчивости после оттаивания.

При принятии решения о выборе принципа I или II рекомендуется учитывать наличие подтипов этих принципов:

-    принцип I. а — обеспечение совмещения ВГВМ с нижней границей деятельного слоя. т. е. с глубиной сезонного протаивания;

-    принцип 1.6 — допущение под сооружением таликов ограниченных размеров в период эксплуатации;

-    принцип II. а — возведение сооружений на естественных или искусственно созданных таликах глубиной, соответствующей размерам зон напряженного состояния от действия земляного полотна и временных нагрузок (20—30 м);

-    принцип II. б — возведение сооружений на мерзлых грунтах с допущением возможности их оттаивания на всю глубину зоны напряженного состояния.

4.2    Принципиальные проектные решения при проектировании водопропускных сооружений следует принимать на основе анализа модели ПТС с учетом требований к охране окружающей среды и защиты от опасных природных процессов, обусловленных взаимодействием компонентов лито- и гидросферы и техносферы.

4.3    Прогнозирование температурного режима грунтов оснований сооружений необходимо выполнять как для самого сооружения непосредственно, так и для прилегающей территории с водотоком.

При проектировании конструкции и технологии возведения водопропускных сооружений должны быть выявлены особенности взаимодействий сооружения с вмещающими, подстилающими и примыкающими грунтовыми массивами и водными объектами в пределах полосы отвода (с учетом влияния растительности, снеговых отложений, уровней грунтовых и режимов поверхностных вод. других сооружений и т. п.). Эти особенности должны быть учтены также при разработке схемы мониторинга.

На снегозаносимых участках дорог граница полосы отвода устанавливается с учетом расположения снегозадерживающих сооружений.

4.4    Прочность, устойчивость и стабильность геометрии проектируемого сооружения должна быть обеспечена при всех возможных измерениях параметров взаимодействий компонентов ПТС в течение жизненного цикла сооружения. Это требует обеспечения в проектах всех трех составляющих критерия надежности — информационной, конструкционной и функциональной.

4.5    Информационная надежность обеспечивается результатами изысканий, обследований, сбора имеющихся данных наблюдений за климатом и состоянием территории размещения проектируемого сооружения. Конструкционная надежность обеспечивается в ходе проектирования и строительства объекта выбором типа сооружения, материалов, конструкций, технологических процессов с расчетами НДС сооружения и основания, теплотехническими расчетами и гидравлическими расчетами водоотводов и водопропускных труб и мостов. Функциональная надежность обеспечивается правильностью выбора системы водоотвода, сооружений водопропуска, защиты проектируемого комплекса сооружений от негативных природных процессов и явлений, качеством строительства и соблюдением регламента эксплуатации (обслуживания и ремонтов), научным сопровождением проектирования и строительства сооружений.

4.6    В зависимости от местных условий (топографических, гидравлических, мерзлотных и геологических) применяют различные типы водопропускных сооружений и систем водоотведения. К ним относятся трубы, дамбы, лотки, канавы и фильтрующие насыпи. На автомобильных дорогах низших категорий допускается перелив воды через полотно дороги по специальным лоткам, являющимся одновременно и проезжей частью дороги, а также по устройствам, отводящим воду с проезжей части дороги и разделительных полос.

4.7    Для защиты водопропускных сооружений от карчехода применяют улавливающие устройства (решетки, свайные ряды и сетчатые барьеры).

4.8    Применение водопропускных труб по конструктивным соображениям целесообразно при высоте насыпи более 1,5 м при условии обеспечения достаточной толщины слоя грунта над шелыгой свода трубы (см. СП 35.13330.2011 и таблицу 4.1).

Таблица 4.1 — Минимальная толщина засыпки над трубами

Дороги Толщина засыпки’, м. над трубами железобетонными металлическими Железные дороги: - общей сети и подъездные пути предприятий, 1.0 1.2 - внутренние пути предприятий 0,4 1.0 Автомобипьные дороги общего пользования, дороги и улицы в 0,8 0.8** городах, поселках и сельских населенных пунктах, а также автомобильные дороги промышленных предприятий Внутрихозяйственные автомобильные дороги 0,5*** 0.5“

• Считая от верха звена (плиты перекрытия) трубы или от верхней точки свода до подошвы рельса на железных дорогах или до низа дорожной одежды — на автомобильных дорогах ** Но не менее 1.0 м от верха звена трубы до поверхности дорожного покрытия ••• Но не менее 0.8 м до уровня бровки земляного полотна_

При меньшей высоте насыпи и прогнозируемом риске образования селей проектируют мостовые сооружения. Возможность применения труб ограничивается условиями пропуска взвесенесущих (селе-опасных) потоков, которые безопаснее пропускать под мостовым сооружением.

4.9    Водопропускные сооружения на автомобильных и железных дорогах общей сети и подъездных. не связанных с технологическими перевозками, согласно СП 35.13330 рассчитывают на воздействие водного потока на два паводка (расчетный и наибольший) и на соответствующие им уровни.

4.10    Водоотводные канавы следует рассчитывать на расчетные расходы и соответствующие им уровни с вероятностью превышения при соблюдении требований СП 35.13330 о необходимом возвышении бровки земляного полотна над соответствующим уровнем воды, а также ограничений по предельно допустимому заполнению труб при пропуске расчетных расходов.

4.11    Аккумуляция воды перед сооружениями допускается для ливневого стока или талых вод при отсутствии снежных заносов перед сооружением и опасности образования термокарста.

4.12    Защита сооружений водопропускного тракта от подмыва и размыва оттаивающего грунта на автомобильных и железных дорогах должна быть достаточной для обеспечения их безопасной работы. 4

4.13 Проектные решения по конструкциям и технологиям строительства сооружений должны быть обоснованы результатами прогнозирования температурного режима вмещающих, подстилающих и примыкающих грунтовых массивов в пределах полосы отвода с учетом влияния изменений растительного покрова, снегозаносов, подтоплений, других сооружений и т. п. на протяжении жизненного цикла сооружения.

5    Виды водопропускных труб и систем водоотвода

5.1    В настоящем своде правил рассмотрены следующие виды водоотводных сооружений:

-    водопропускные трубы;

-    водоотводные канавы;

-    фильтрующие прорези:

-    фильтрующие насыпи;

-    переливные насыпи;

-    фильтрующие выемки;

-    нагорные канавы;

-    водоотжимные бермы;

-    кюветы;

-    лотки;

-    водоразделительные и водозащитные дамбы;

-    валики:

-    уступы;

-    перепады;

-    быстротоки:

-    дюкеры (сифоны);

-    планировка поверхности;

-дренажи.

5.2    Схемы водоотводных сооружений и классификация водоотводных сооружений приведены в приложении А.

6    Особенности работы сооружений в регионах с распространением многолетнемерзлых грунтов

6.1    Изменение мерзлотно-грунтовых условий после возведения сооружений и последствия этих изменений

6.1.1    При проектировании сооружений следует учитывать возможность изменения следующих мерзлотно-грунтовых условий:

-    локальные и общие протаивания мерзлых грунтов;

-    обводнение территории (Б.1 приложения Б);

-    размывы мерзлых грунтов, в частности, оврагообразование (размывы мерзлых грунтов происходят быстрее, чем талых, и последствия более значительны);

-    изменения ландшафтных характеристик и растительности территории;

-    наледи и др.

6.1.2    В результате изменения мерзлотно-грунтовых условий, отмеченных в 6.1.1. следует учитывать возможность:

-    осадок и просадок грунтов;

-    локальных сдвигов массивов;

-    сдвигов крупных массивов, граничащих с сооружением;

-    деформаций и разрушений жестких систем.

6.2    Причины изменения мерзлотно-грунтовых условий после возведения сооружений

6.2.1    Основной причиной изменения мерзлотно-грунтовых условий является нарушение годового теплового баланса (суммарного за зимний и летний периоды).

6.2.2    Следует учитывать, что нарушение годового теплового баланса происходит в основном вследствие изменения теплобалансовых свойств поверхностей после возведения сооружения:

-    изменение мощности снегоотложений (Б.2 приложения Б);

-    нарушение растительного покрова;

-    перемораживание или переформирование фильтрационных потоков:

-    изменение условий протекания поверхностных вод и др.

6.3 Меры по обеспечению стабильности мерзлотно-грунтовых условий

6.3.1    Расчетный температурный режим должен обеспечить с учетом конструктивно-технологических мероприятий:

-    требуемую несущую способность грунтов;

-    устойчивость к нарушениям в результате действия непредвиденных природных или техногенных воздействий.

6.3.2    В результате принятия мер по обеспечению стабильности мерзлотно-грунтовых условий должен быть обеспечен расчетный температурный режим грунтов тела и оснований сооружения. Это достигается тремя направлениями (см. приложение В):

-    учет природных условий конкретного региона;

-    учет специфики работы систем при наличии мерзлоты;

-    применение искусственных мер по охлаждению грунтов (СП 354.1325800 2017. приложение Е).

6.3.3    В случае если рассчитанное температурное поле не соответствует требованиям прочности и устойчивости грунтов оснований, необходимо применять конструктивно-технологические мероприятия по охлаждению грунтов, направленные на обеспечение возможности повышения несущей способности мерзлых грунтов, используемых по принципу I, и в ряде случаев — на образование мерзлых зон в талых грунтах.

Для управления температурным режимом в проекте следует предусматривать одновременное применение нескольких мероприятий, например, уширенных площадок или насыпей распластанного профиля для поверхностного и термоопор для глубинного охлаждения грунтового массива.

7 Требования к материалам и изделиям

7.1    Конструктивные элементы водопропускных и водоотводных сооружений должны быть выполнены из материалов, обеспечивающих надежную и безопасную работу сооружения в течение расчетного срока службы.

7.2    Бетонные и железобетонные конструкции

7.2.1    Водопропускные сооружения следует возводить по технологиям сборного железобетона из конструкций заводского изготовления. Область применения технологии монолитного бетона ограничена теплым периодом года с продлением сезона за счет применения противоморозных модификаторов или тепляков.

Для изготовления конструкций водопропускных труб и мостов для пропуска селевых потоков следует применять тяжелый бетон классов по прочности на сжатие В20; В22.5; В25; В27.5; ВЗО; В35; В40; В45; В50; В55 и В60. Бетон классов В22.5 и В27.5 следует предусматривать при условии, что это приводит к экономии цемента и не снижает других технико-экономических показателей конструкции. Бетон класса по прочности выше В60 (в том числе получаемый с помощью добавок, повышающих прочность) допускается применять при соответствующем обосновании в проекте.

7.2.2    В зависимости от вида конструкций, их армирования и условий работы применяемый бетон должен соответствовать требованиям, приведенным в СП 35.13330.

7.2.3    Для омоноличивания стыков сборных конструкций следует применять бетон класса по прочности на сжатие не ниже принятого для стыкуемых элементов.

7.2.4    Марки бетона и раствора по морозостойкости выбирают в зависимости от климатических условий района строительства, расположения и вида конструкций.

7.2.5    В подземных частях сооружения, не подвергающихся электрической и химической коррозии, следует применять бетон марки по водонепроницаемости не ниже \Л6. Остальные элементы и части конструкций, в том числе бетонируемые стыки железобетонных труб и водоотводных сооружений, следует проектировать из бетона марки по водонепроницаемости не ниже W8.

7.2.6    В элементах конструкций, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах, включая воздействие агрессивных грунтовых вод. морского климата, следует применять бетоны, обладающие