Проектирование, монтаж и эксплуатация водоотводных композитных лотков для ржд

Введение

Одним из основных условий, обеспечивающих прочность, устойчивость и сохранность земляного полотна железнодорожного пути, является быстрый и полный отвод поверхностных и грунтовых вод.

Существующие водоотводы на длительно эксплуатируемых линиях, представленные кюветами, лотками и дренажами, как правило, находятся в неудовлетворительном состоянии, либо вообще отсутствуют.

В соответствии с требованиями нормативных документов на современные виды ремонтов пути, все водоотводные и дренажные сооружения должны быть приведены в рабочее состояние.

Типовые железобетонные лотки, имеющие ряд существенных недостатков по монтажу и срокам эксплуатации, привели к появлению водоотводных лотков из композитных материалов. Преимуществами таких лотков перед железобетонными, при сопоставимой стоимости, являются: низкий вес (в 10 раз легче), что позволяет их ручную укладку без использования подъемной техники; высокие нормы загрузки (в 5 раз выше); технологичность монтажа (в 4 раза быстрее); срок эксплуатации не менее 50 лет.

В настоящем документе приведен порядок проектирования, монтажа и эксплуатации водоотводных композитных лотков ЭКОЛОТ, производимых в соответствии с ТУ 2296 – 001 – 60558286 – 10.

При разработке этого документа использовались следующие нормативные и рекомендательные документы:

1. Технические нормы Министерства путей сообщения РФ. Железные дороги колеи 1520 мм. СТН Ц-01-95

2. Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование земляного полотна железных дорог колеи 1520. СП 32-104-98

3. Инструкция по содержанию земляного полотна железнодорожного пути. ЦП-544

4. Технические условия на работы по ремонту и плановопредупредительной выправке пути. ЦПТ-53

5. Мосты и трубы. Нормы проектирования. СНиП 2.05.03-84*

6. Канализация. Наружные сети и сооружения. СНиП 2.04.03-85

7. Лотки водоотводные из полимерных материалов. Технические требования. Утвержден Департаментом пути и сооружений ОАО «РЖД» 15.10.2007г.

8. Лотки водоотводные из полимерных материалов. Методики лабораторных испытаний. Утвержден Департаментом пути и сооружений ОАО «РЖД» 15.10.2007г.

9. Альбом водоотводных устройств на железных и автомобильных дорогах общей сети Союза ССР. Инв. № 819

10. Альбом водоотводных устройств на станциях. Инв. № 984

11. Водоотводные устройства из композитных материалов на железных дорогах. Альбом стандартных решений. РД.ЦПВС.201-2000

12. Альбом стандартных решений водоотводных устройств на железных дорогах. МПС России, М.:2000

13. Временная инструкция по монтажу и эксплуатации водоотводных лотков из композитных материалов. ЛАД.0201.000 ИЭ

1 Проектирование водоотводных композитных лотков ЭКОЛОТ

1.1 Общие данные и область применения водоотводных композитных лотков ЭКОЛОТ

Композитные водоотводные лотки ЭКОЛОТ предназначены для постоянного сбора и отвода от железнодорожного пути поверхностных и частично подземных вод, расположенных в верхних слоях грунта.

Лотки ЭКОЛОТ эксплуатируются в районах с умеренным и холодным климатом (УХЛ(1) по ГОСТ 15150-69) при температурных условиях от -600С до +500С на открытом воздухе при прямом воздействии солнечных лучей и в контакте с грунтовыми водами с рН от 6 до 8.

Композитные водоотводные лотки ЭКОЛОТ имеют следующие типоразмеры:

«ЭКОЛОТ-0.5» – Лотки глубиной Н=0,5 м;
«ЭКОЛОТ-0.75» – Лотки глубиной Н=0,75 м;
«ЭКОЛОТ-1.0» – Лотки глубиной Н=1,0 м;
«ЭКОЛОТ-1.25» – Лотки глубиной Н=1,25 м.
Лотки ЭКОЛОТ выпускаются секциями длиной и массой указанными в таблице 1.

Таблица 1

Обозначение лотка	ЭКОЛОТ- 0.5	ЭКОЛОТ- 0.75	ЭКОЛОТ- 1.0	ЭКОЛОТ- 1.25
Глубина Н, мм	500	750	1000	1250
Длина L, мм	4080	2480	2080	2080
Масса, кг	40	33	48	68

Геометрические параметры секций лотков ЭКОЛОТ приведены на рисунках 1-4.

Материал, используемый для производства лотков ЭКОЛОТ, нетоксичен, невзрывоопасен, не выделяет вредные вещества при эксплуатации, а также устойчив к воздействию вредных сред. По физико-механическим характеристикам материал соответствует требованиям п.3.2 Альбома стандартных решений РД.ЦПВС.201-2000. Водоотводные устройства из композитных материалов на железных дорогах.

Конструкция лотков ЭКОЛОТ рассчитана по прочности и устойчивости на воздействие нагрузок в соответствии с эпюрой, представленной на рисунке 5 (схемы загружения приведены в соответствии с «Альбомом водоотводных устройств на станциях», Мосгиротранс, инв. №984, 1975 г.) Расчет выполняется без включения в силовую схему крышек или иных устройств, препятствующих очистке лотка.

Рисунок 5 – Расчетные схемы загружения лотков

Схема загружения.

1. Объемный вес грунта γ=1,8 т/м³;

2. Угол внутреннего трения f=35°-5°=30°;

3. К=tg²(45°-f/2)=0,333;

4. Равномерно-распределенная нагрузка на засыпке q=1,0 т/м²;

5. Толщина приведенного слоя засыпки hо= q/ γ= 0,56 м;

6. Коэффициент перегрузки n_p =1,2; n_q=1,3

1.2 Гидравлические характеристики

Исходными данными для расчета сечения водоотводных лотков, обеспечивающих необходимую пропускную способность являются расчетные расходы дождевых вод Qрасч. В соответствии с СНиП 2.04.03-85, расчетные расходы дождевых вод Qрасч, л/с определяют по формуле:

где: q_расч – величина стока, л/с на 1 га:

F – площадь водосбора, га;
z, n, A – эмпирические параметры; при расчетах стока может быть

принято с путевой стороны z=0,125, а со склонов z=0,064;

q₂₀ – интенсивность дождя, л/с на 1 га продолжительностью 20 мин при Р_о = 1 год, – среднее количество дождей за год, n, γ - показатели степени, принимаются в зависимости от климатического района по черт.1 и табл. 4 СНиП 2.04.03-85;

Р – период однократного превышения расчетной интенсивности дождя, год, согласно норм СТН Ц-01-95 для кюветов и лотков в выемках линий скоростных, особогрузонапряженных, I и II категорий следует принять Р=100 лет, линий III категории – Р = 33 года и линий IV категории – Р=20 лет;

t_r - расчетная продолжительность протекания дождевых вод, мин, определяется как t_r = t_s + t_c;

t_s - время добегания дождевых вод по поверхности склона выемки с путевой стороны до лотка, t_s ≈ 3-5 мин;

t_c – время добегания дождевых вод по лотку до расчетного сечения, мин:

L_c – длина расчетных участков лотка, м;

V_c – скорость движения дождевых вод в конце расчетных участков лотка, м/с; определяется по формуле

I – продольный уклон лотка;

R – гидравлический  радиус, м; определяется по формуле

где ω – площадь живого сечения потока воды в лотке в расчетном сечении (при расчетной глубине водного потока h_о), м;

χ – длина смоченного периметра водного потока в расчетном сечении (при расчетной глубине водного потока h_о), м;

ns – коэффициент гидравлической шероховатости стенок и дна лотка; для композитного лотка коэффициент гидравлической шероховатости при обычном состоянии поверхности n_s = 0,012.

Выбор глубины лотка осуществляется методом последовательных приближений, задаваясь величиной расчетной глубины водного потока h_о и добиваясь разности в расчетном расходе в низовом сечении с пропускаемым расходом при заданном значении h_о в пределах 5 %.

Глубина применяемого лотка ЭКОЛОТ определяется профильными условиями участка пути. В верховом сечении глубина лотка принимается минимального значения.

Минимальная глубина лотка определяется условием пропуска расчетного расхода воды с уровнем ниже верха лотка на 0,2 м и расположения дна лотка на отметке ниже отметки бровки земляного полотна на 0,5 м.

1.3 Конструктивные решения

Применение композитных лотков ЭКОЛОТ производится в соответствии с проектной документацией и рисунками 6-9.

Продольные уклоны дна лотка принимаются, как правило, равными продольным уклонам пути.

На участках горизонтальных площадок минимальный уклон дна лотка назначается не менее 0,002. В исключительных случаях допускается принимать уклон 0,001.

При необходимости понижения уровня грунтовых вод лотки ЭКОЛОТ могут применяться в комбинации с располагаемыми под ними дренажами.

Для предотвращения выдавливания лотков из влагонасыщенных грунтов гидростатическими силами, на каждой секции лотков предусмотрены якорные пластины, расположенные горизонтально между ребрами.

В стенках лотков предусмотрены дренажные отверстия круглого сечения диаметром 2,7 см, или в виде крестообразных прорезей размером 100×100 мм.

1.4 Стыковка лотков

Стыковка водоотводных композитных лотков ЭКОЛОТ разного типоразмера между собой осуществляется специальными переходными лотками.

Стыковка водоотводных композитных лотков ЭКОЛОТ с железобетонными лотками одинаковых типоразмеров также осуществляется переходными лотками. При этом швы в стыках между композитным переходным лотком и железобетонным лотком целесообразно залить с наружной и внутренней стороны цементным раствором.

Принципиальные схемы переходных композитных лотков представлены на рисунках 10-11.

Водоотводный композитный лоток ЭКОЛОТ-0.5

Водоотводный композитный лоток ЭКОЛОТ-0.75

Водоотводный композитный лоток ЭКОЛОТ-1.0

Водоотводный композитный лоток ЭКОЛОТ-1.25

Стыковка композитных лотков ЭКОЛОТ

Стыковка композитных лотков ЭКОЛОТ с железобетонными лотками

1.5 Сметный расчет

В настоящее время ОАО «РЖД» разрабатываются единичные нормы и расценки на устройство водоотводных композитных лотков.

До создания и утверждения вышеуказанных норм допускается использование норм и расценок на устройство железобетонных лотков с применением поправочных коэффициентов по согласованию с функциональным заказчиком (ДКРС, ДКС и т.д.).

Пример Локальной сметы на устройство водоотводных композитных лотков приведен на рисунке 12.

Рисунок 12 – Локальная смета на устройство композитных лотков ЭКОЛОТ-0.75

1.6 Крышка лотка

Для предотвращения засорения водоотводных лотков, возможности наблюдения за состоянием водоотводных лотков в процессе эксплуатации, лотки снабжаются железобетонными крышками.

Допускается устанавливать на лотки ЭКОЛОТ крышки, которые применяются для установки на железобетонные лотки МПЛ, соответствующих типоразмеров.

Конструктивные размеры железобетонных крышек для лотков ЭКОЛОТ приведены на рисунке 13.

 

2 Монтаж водоотводных композитных лотков ЭКОЛОТ

2.1 Транспортировка и хранение

Транспортирование лотков ЭКОЛОТ производится автомобильным, железнодорожным, водным, авиационным или специальным транспортом.

Отгруженные лотки ЭКОЛОТ сопровождаются паспортом. В паспорте указывают:

- данные о соответствии лотков требованиям нормативно-технической документации, утвержденной в установленном порядке;

- номер партии;

- количество лотков в партии;

- тип лотков.

При разгрузке лотков с автомобильного, железнодорожного, водного или другого транспорта лотки не сбрасывать на грунт во избежание их механического повреждения.

Хранить Лотки допускается на открытом воздухе при температуре от -60⁰С до +45⁰С.

2.2 Установка и монтаж

Установку, монтаж, засыпку лотков следует производить в соответствии с проектной документацией.

Перед монтажом лотков нивелированием проверяют проектное положение отметок дна траншеи, а рулеткой ее ширину. Ширина траншеи, подготовленной для установки лотков, должна обеспечивать свободную их укладку с обеспечением по всей длине зазоров не менее 50 мм от габаритной ширины лотка. При необходимости траншея дорабатывается.

На дно траншеи отсыпается щебеночная подготовка.
Стыки лотков очищаются от грязи.
Укладка лотков в траншею производится от нижней высотной отметки

вверх, внахлест, на величину стыка (80 мм).

Сбрасывать лотки в траншею не допускается.
В случае несовпадения секций лотка по высотному положению,

последующая секция вынимается из траншеи и производится планировка щебеночной подготовки.

При укладке лотков в траншею не допускаются удары по лоткам молотком или другими предметами, а также механические воздействия, которые могут привести к повреждению лотка.

Категорически запрещается забивать лотки в грунт с целью получения необходимых высотных отметок.

При необходимости получения требуемой длины водостока, не кратной длине лотков, допускается:

- укорачивать лотки путем обрезки лотков ножовкой;

- выполнять вырезы в боковых стенках не более Æ200 мм для прокладки труб и кабелей.

Зоны между стенками лотков и траншеей засыпаются по проекту со стороны пути гравием или щебнем фракцией 25..40 мм, с полевой стороны дренирующим грунтом. При этом не допускается усиленное трамбование материала засыпки, приводящее к сужению верхней части лотка более расчетной величины. Контролируемая ширина лотка после засыпки должна составлять не менее для лотков: ЭКОЛОТ-0.5 – 440 мм, ЭКОЛОТ-0.75 – 455 мм, ЭКОЛОТ-1.0 и ЭКОЛОТ-1.25 – 580 мм.

Запрещается сбрасывать железобетонные крышки на лоток.

3 Эксплуатация водоотводных композитных лотков ЭКОЛОТ

3.1 Текущее содержание лотков ЭКОЛОТ

Текущее содержание водоотводных лотков ЭКОЛОТ осуществляется в соответствии с требованиями Инструкции по содержанию земляного полотна железнодорожного пути. ЦП-544 от 30.03.98 г.

Обслуживание водоотводных лотков ЭКОЛОТ в части периодичности текущих осмотров, очистка лотков должны производиться так же, как и при обслуживании водоотводных железобетонных лотков.

В состав эксплуатационных наблюдений за эффективностью работы лотков ЭКОЛОТ входят:

- наблюдения за состоянием крышек лотков (крышки должны находиться в рабочем положении, без перекосов и западаний);

- наблюдения за соответствием расположения лотков по высоте в водоотводе (соседние секции лотков одинаковой высоты не должны быть приподняты или опущены относительно друг друга);

- наблюдения за шириной лотков, которая в случае заметного их сужения определяется в месте максимальной деформации стенки.

Сужение Лотков за срок эксплуатации Δ_н не должно превышать величин приведенных в таблице 2.

Таблица 2 - Допускаемое сужение лотков Δ_н

Лоток	ЭКОЛОТ- 0.5	ЭКОЛОТ- 0.75	ЭКОЛОТ- 1.0	ЭКОЛОТ- 1.25
Сужение Δн, мм	70	80	120	120
Ширина лотка	380	400	500	500

При ширине лотков меньше значений приведенных в таблице 2, они подлежат замене.

Для обеспечения нормальной эксплуатации лотков ЭКОЛОТ должны выполняться следующие работы:

Очистка лотков от наледей. При очистке от наледей используется обычная лопата без использования ломов, пешней и других колющих предметов. Удары по композитным лоткам не допускаются.

Очистка лотков от загрязнений, мусора, иловых осадков. При очистке лотков струей воды давление потока воды должно быть не более 10 атм.

Ремонт и замена поврежденных лотков на кондиционные.

3.2 Ремонт лотков

Ремонту подлежат секции лотков, имеющие следующие повреждения:

- пробоины в стенках лотка не превышают Æ200 мм, без повреждения ребер;

- пробоины в днище лотка не более 100 мм, не нарушающие целостности ребер.

Ремонт лотков производится следующим образом:

- пробоины в стенках лотка устраняются путем установки пластины из полиэтилена, водостойкой фанеры, шифера с наружной стороны лотка, перекрывающей пробоину не менее 80 мм с каждой стороны;

- пробоины в днище лотка заливаются цементным раствором заподлицо с днищем лотка, предварительно выбрав грунт в пробоине на глубину не менее ее максимального размера.

Лотки, поднятые пучинистыми грунтами на 5-10 см относительно соседних секций лотков, демонтируются. Далее необходимо расчистить грунт основания, понизив отметки и затем вновь установить вынутую секцию.

Замене подлежат лотки, имеющие следующие повреждения:

- повреждение ребер как снаружи – при выполнении каких-либо земляных работ рядом с лотком, так и внутри лотка, приведшие к сужению ширины секции лотка до размеров меньше допустимых;

- крышка лотка не устанавливается в рабочее положение;

- иные виды повреждения лотков, нарушающие работу водоотводных сооружений.

3.3 Демонтаж лотков

При демонтаже секций лотков необходимо руководствоваться следующими правилами:

- демонтаж ведется от верхней высотной отметки до нижней;

- при демонтаже секций лотков с удалением окружающего грунта не допускается использовать кирку или лом ближе 10-15 см от лотка. Направление инструмента должно быть вертикальным, не допускающим повреждения стенок и ребер;

- демонтаж поврежденной секции лотка производится вертикально, предварительно приподняв секцию со стороны противоположной подсечке, не нарушая целостности соседних лотков.