CC BY
12УДК 699.82
ЗАЩИТА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ГОФРОТРУБ ПРИ ОБУСТРОЙСТВЕ ВОДОПРОПУСКНЫХ
СООРУЖЕНИЙ АВТОДОРОГ
Болдинова Светлана Дмитриевна, магистрант, направление подготовки 08.04.01 Строительство, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: lana.boldinova@mail.ru
Макаева Альмира Абдулхаевна, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильных дорог и строительных материалов, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: alla_ish@mail.ru
Аннотация. В настоящее время к водопропускным сооружениям предъявляются требования, такие как надежность, долговечность, безопасность, экономичность, экологичность. По опыту зарубежных стран конструкции из гофрированного металла сочетают в себе все вышеперечисленные свойства. Но в России потенциал этих сооружений раскрыт не полностью. Одной из причин этого является недостаточность изученности вопроса защиты от воздействия эксплуатационной среды, что свидетельствует об актуальности темы исследования. В статье приведены результаты анализа факторов, оказывающих влияние на продолжительность работы металлических гофрированных водопропускных труб. Выявлены процессы, вызывающие наибольшие негативные последствия. Рассматриваются способы защиты труб из гофрированного металла от воздействий среды, в которой эксплуатируется сооружение. Проанализированы критерии выбора метода борьбы с негативными факторами окружающей среды.
Ключевые слова: дорога, водопропускные трубы, защита, гофрированные, металлические, лотки.
Для цитирования: Болдинова С. Д., Макаева А. А. Защита металлических гофротруб при обустройстве водопропускных сооружений автодорог // Шаг в науку. - 2020. - № 4. - С. 25-28.
PROTECTION OF METAL CORRUGATED PIPES IN THE ARRANGEMENT OF CULVERTS OF HIGHWAYS
Boldinova Svetlana Dmitrievna, postgraduate student, training program 08.04.01 Construction, Orenburg State
University, Orenburg
e-mail: lana.boldinova@mail.ru
Makayeva Almira Abdulkhaevna, PhD in Technical Sciences, Associate Professor, Department of roads and construction materials, Orenburg State University, Orenburg e-mail: alla_ish@mail.ru
Abstract. Currently, requirements are imposed on culverts, such as reliability, durability, safety, efficiency, environmental friendliness. According to the experience offoreign countries, corrugated metal structures combine all of the above properties. But in Russia, the potential of these structures is not fully disclosed. One of the reasons for this is the insufficient study of the issue of protection from the impact of the operational environment, which indicates the relevance of the research topic. The article presents the results of the analysis of factors that affect the duration of the metal corrugated culverts. The processes causing the greatest negative consequences were identified. Methods ofprotecting corrugated metal pipes from the effects of the environment in which the structure is operated are considered. The criteria for choosing a method of dealing with negative environmental factors are analyzed.
Key words: road, culverts, pipes, protection, corrugated, metal, trays.
Cite as: Boldinova, S. D., Makaeva, A. A. (2020) [Protection of metal corrugated pipes in the arrangement of culverts of highways]. Shag v nauku [Step into science]. Vol. 4, рр. 25-28.
Автомобильная дорога представляет собой комплекс инженерных сооружений. Совместная работа всех элементов комплекса позволяет обеспечить выполнение требований, предъявляемых к дороге. Согласно СП34.13330.2012 она должна быть безопасной, удобной, надежной, долговечной. Важ-
нейшими элементами дороги являются инженерные конструкции, предназначенные для защиты ее от воздействия воды, одни из которых - водопропускные трубы.
В зависимости от материала, из которого их изготавливают, трубы бывают: бетонные, железо-
бетонные, из полимерных материалов, металлические. В последние годы преимущественно стали применять сооружения из гофрированного металла [7]. Они удобны в хранении, транспортировке и монтаже, сейсмоустойчивы, пригодны для использования в сложных условиях рельефа [4]. Из такого материала трубы можно изготавливать с различными видами сечений, длин, диаметров. Кроме труб из гофрированного металла делают и тоннели, скотопрогоны, подпорные стенки [5]. Если сравнить стоимость строительства водопропускной трубы из бетона и гофрированного металла, то второй вариант выйдет дешевле на 20-30 % [4]. Металл обладает высокой устойчивостью к нагрузкам. Но несмотря на все плюсы, у таких труб есть недостатки, а именно, подверженность коррозийному воздействию, абразивное истирание водным потоком.
Во время обследований водопропускных труб, построенных в России с середины 70-х годов ХХ века по 1991 год, было выявлено, что в благоприятных условиях они сохранили свои эксплуатационные свойства более чем на 60-70 лет. А в среде с повышенной кислотностью воды и с сильным абразивным воздействием водного потока трубы прослужили не более 15-20 лет. Вопросы повышения долговечности металлических гофрированных труб поднимаются в работах многих авторов [2, 6, 7].
Чтобы предотвратить коррозийное воздействие, на поверхность материала наносят защитное по-
По общему показателю агрессивности водной и грунтовой среды и по колебаниям температур воздуха в месте применения сооружения назначается защитное покрытие. В качестве защитного покрытия в среднеагрессивной среде применяются мастики на основе битума: битудиен толщиной 1,5 мм, пластбитулен - 2 мм, пластбитудиен - 2 мм. Эти материалы наносят на поверхность гофра методом погружения. Так же можно использовать составы на основе эпоксидной смолы: эмали - 0,25-0,30 мм; эпоксидно-каучуковый грунт - 0,05 мм, наносимые пневматическим распылением. В слабоагрессивных условиях используют защитные покрытия из битумной грунтовки, мастики или битуминоля, толщиной от 2,2 до 4,3 мм, которые послойно набрызгивают на защищаемую поверхность, либо наносят при помощи кисти. В северных районах чаще всего используют эмали. В районах вечной мерзло-
крытие. Основным слоем внутри и снаружи трубы методом горячего цинкования или газотермического напыления наносят цинковое средство защиты толщиной 80 мкм и более. Альтернативой цинковому служит алюминиевое покрытие, наносимое электродуговым напылением слоем не менее 200 мкм. Но в агрессивной среде требуется устраивать дополнительные слои покрытия. Методы его нанесения существуют следующие: послойное набрыз-гивание, нанесение с помощью кисти, погружение в защитное вещество, лакокрасочный метод, пнев-магическое распыление. Для того, чтобы правильно выбрать вид и толщину дополнительного покрытия, необходимо знать показатель коррозийной активности грунта и воды. Для грунта он определяется по удельному электрическому сопротивлению. Если значение до 20 Ом-м, то среда высокоагрессивная, в таких местах запрещено использование металлических труб. При показателе электрического сопротивления от 20 до 50 Ом-м среда средне-агрессивная, для таких условий разрабатываются индивидуальные проекты. Когда значение электрического сопротивления превышает 50 Ом-м, среда слабоагрессивная. Вид дополнительного защитного покрытия в таких условиях можно назначать по типовым решениям. Для воды критерием степени коррозийной активности является суммарная концентрация сульфатов и хлоридов при определенных значениях рН [1].
ты применяют полиуретановые покрытия. Для всех труб производится дополнительное покрытие защитным слоем конца трубы на 0,5 м выше среднего уровня воды, на 1 м вглубь насыпи [1].
Защитное покрытие образует твердую пленку, инертную относительно окружающей агрессивной среды и металла. Создается барьер, предотвращающий взаимодействия поверхности трубы с веществами, вызывающими коррозию.
Устройство защитного слоя на гофрированной металлической трубе способно увеличить срок ее службы до 100 лет. Но, во время эксплуатации труб, перемещаемые вместе с водным потоком твердые частицы постепенно разрушают внутреннее защитное покрытие. Лишенная защиты поверхность подвергается коррозии. Для предотвращения разрушения по дну трубы необходимо предусматривать защитный лоток. Согласно действующим методи-
Таблица 1. Параметры для определения агрессивности водной среды
Коррозийная активность воды сильноагрессивная среднеагрессивная слабоагрессивная
рН 8,1-11,0 6,0-8,0 11,1-12,5 < 6 > 12,5 8,1-11,0 6,0-8,0 11,1-12,5 8,1-11,0
Суммарная концентрация сульфатов и хлоридов, г/л > 5,0 > 0,5 любая 0,5-5,0 < 0,5 < 0,5
ческим рекомендациям ОДМ 218.2001-2009, утвержденным Федеральным дорожным агентством, следует устраивать по дну металлической гофрированной трубы гладкий бетонный или асфальтобетонный лоток толщиной 0,1 м и более, в зависи-
мости от характеристик водного потока и наличия в нем частиц песка и взвесей.
Лоток должен закрывать нижнюю часть трубы минимум на 10 см от низкого уровня воды в реке, а центральный угол должен быть не менее 90°.
Рисунок 1. Схема нанесения дополнительного защитного слоя на конце трубы
Рисунок 2. Схема расположения лотка в теле трубы
По виду материала лотки бывают: бетонные, асфальтобетонные, полимерные. Так же функции , лотка могут выполнять матрасы «Рено», уложен- ] ные на слой из геотекстиля. В местах, где проходят миграционные пути рыб, устраивается каменная наброска.
Лотки могут быть монолитными либо из сборных блоков [3]. Второй вариант является более ] надежным и рациональным по результатам практического применения. Монолитную асфальтобетонную конструкцию можно использовать только при ремонте старых лотков и замене разрушенных частей защитного сооружения1. Для бетонной струк- ] туры необходимо использовать составы с дисперс-ноармирующими волокнами, либо предусмотреть устройство армирования металлической сеткой. Арматура загибается на торцах трубы и закрепляется с помощью болтов. Бетон для изготовления лотка ] должен обладать классом по прочности на сжатие не ниже В25. Важным критерием для материала является марка по морозостойкости. При среднемесячной температуре самого холодного месяца в рай-
оне расположения трубы выше -10 °С, показатель должен быть не ниже F200, в остальных случаях не ниже F300.Крупность заполнителя в бетоне для изготовления лотка не должна превышать 10 мм.
Блоки лотков изготавливают по следующей технологии. Металлические разборные формы смазываются раствором из воды и керосина, после чего в него закладывается смесь, которая подлежит уплотнению вибрированием или прессованием под нагрузкой равной 5-50 кгс/см2. Извлекать блоки необходимо только после полного остывания, которое можно ускорить с помощью воды. Рельеф блоков на поверхности, которая будет соприкасаться с трубой должен соответствовать рельефу трубы и повторять ее контуры. Блоки с уменьшенной толщиной применяются для использования в местах болтовых соединений. После установки, на поверхность лотка необходимо произвести нанесение защитного слоя из битумной эмульсии [1].
Опыт применения лотков из различных материалов показал, что асфальтобетонные и другие упругие конструкции в сравнении с цементобето-
1 ОДМ 218.2.001-2009. Рекомендации по проектированию и строительству водопропускных сооружений из металлических
гофрированных структур на автомобильных дорогах общего пользования с учетом региональных условий (дорожно-климатических зон). - Введ. 2009-06-21. - Санкт-Петербург: ОАО ЦНИИС, 2009 - 132 с.
ном лучше проявляют себя. Они менее подвержены деформациям и разрушениям, поэтому дольше способны выполнять свою функцию.
Проанализировав все вышесказанное можно сделать выводы о том, что применение гофриро-
ванных водопропускных труб без осуществления защитных мероприятий является нерациональным, правильно выбранные и реализованные методы защиты способны значительно увеличить срок службы таких сооружений.
Литература
1. Алтунин В. И. Водопропускные сооружения транспортных магистралей из металлических гофрированных структур: монография. - М.: МАДИ, 2016. - 304 с.
2. Долговечность дорожных водопропускных труб из гофрированного металла / Алтунин В. И. и др. // Строительство: новые технологии - новое оборудование. - 2017. - № 5. - С. 10-18.
3. Алтунин В. И., Черных О. Н., Бурлаченко А. В. Повышение эффективности гидравлической работы дорожных водопропускных труб /// Природообустройство. - 2016. - № 2. - С. 42-46.
4. Казаркина В. И. Организация нормативного обеспечения применения на транспортных коммуникациях водопропускных сооружений из металлических гофрированных структур: дис. ... канд. техн. наук в форме научного доклада: 05.02.22. - М., ОАО ЦНИИС, 2008. - 64 с.
5. Осокин И. А. Совершенствование методов расчета металлических гофрированных конструкций с эксплуатационными повреждениями: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Пенза, 2014. - 24 с.
6. Черных О. Н., Алтунин В. И., Федотов М. В. Повышение надежности работы водопропускных труб из гофрированного металла // Приволжский научный журнал. - 2013. - № 2 (26). - С. 59-65.
7. Янковский О. А. Водопропускные трубы под насыпями. - М.: Транспорт. - С. 15.
Статья поступила в редакцию: 29.04.2020; принята в печать: 15.12.2020.
Авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
