СП 66.13330.2011. Свод правил. Проектирование и строительство напорных сетей водоснабжения и водоотведения с применением высокопрочных труб из чугуна с шаровидным графитом

(утв. Приказом Минрегиона России от 28.12.2010 № 821)

(ред. от 07.11.2016)

ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ АКТОВ

flowchart LR
  n0["СП 40-106-2002"]:::rst
  click n0 "https://bukva.ai/docs/sp-svod-pravil-sp-40-106-2002" "СП 40-106-2002. Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и монтаж подземных трубопроводов водоснабжения с использованием труб из высокопрочного чугуна с шарови"
  n1["СП 40-109-2006"]:::rst
  click n1 "https://bukva.ai/docs/sp-svod-pravil-sp-40-109-2006" "СП 40-109-2006. Проектирование и монтаж водопроводных и канализационных сетей с применением высокопрочных труб из чугуна с шаровидным графитом"
  n2["СП 66.13330.2011"]:::doc
  click n2 "https://bukva.ai/docs/sp-svod-pravil-sp-66-13330-2011" "СП 66.13330.2011. Свод правил. Проектирование и строительство напорных сетей водоснабжения и водоотведения с применением высокопрочных труб из чугуна с шаровидным графитом (утв. Пр"
  n1 --> n2
  n0 --> n2
classDef rst fill:#FFEBEB,stroke:#8B0000,color:#000;
classDef doc fill:#EBFFEB,stroke:#006400,color:#000;
classDef notEnt fill:#FFFFEB,stroke:#FF8C00,color:#000;

Утвержден Приказом Минрегиона России от 28 декабря 2010 г. № 821

СВОД ПРАВИЛ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО НАПОРНЫХ СЕТЕЙ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ТРУБ ИЗ ЧУГУНА С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ

Designing, building of pressure head networks of water supply and water removal with application of high-strength pipes from pigiron with spherical graphite

СП 66.13330.2011

ОКС 93.025

Дата введения 20 мая 2011 года

Предисловие

Сведения о своде правил

1 ИСПОЛНИТЕЛИ — ООО «Гарант», ОАО «МосводоканалНИИпроект», МГУП «Мосводоканал», ОАО «Липецкий металлургический завод „Свободный Сокол“, ГУП „НИИмосстрой“. Изменение № 1 к СП 66.13330.2011 — ОАО „МосводоканалНИИпроект“»

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»

3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики. Изменение № 1 к СП 66.13330.2011 подготовлено к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)

4 УТВЕРЖДЕН приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 28 декабря 2010 г. № 821 и введен в действие с 20 мая 2011 г. В СП 66.13330.2011 «Проектирование и строительство напорных сетей водоснабжения и водоотведения с применением высокопрочных труб из чугуна с шаровидным графитом» внесено и утверждено изменение № 1 приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 8 апреля 2015 г. № 259/пр и введено в действие с 30 апреля 2015 г.

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

6 ВЗАМЕН СП 40-106-2002 и СП 40-109-2006

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

Пункты, таблицы, приложения, в которые внесены изменения, отмечены в настоящем своде правил звездочкой.

Введение*

Свод правил разработан в соответствии с требованиями Федерального закона от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

(в ред. Изменения № 2, утв. Приказом Минстроя России от 07.11.2016 № 775/пр)

Абзацы второй — шестой исключены с 8 мая 2017 года. - Изменение № 2, утв. Приказом Минстроя России от 07.11.2016 № 775/пр.

В настоящем своде правил применено изобретение, защищенное Патентом Российской Федерации № 24702056 от 10 января 2013 г. на изобретение «Соединение трубопроводов». Патентообладатель — ООО «Липецкая трубная компания „Свободный Сокол“.»

Абзацы восьмой, девятый исключены с 8 мая 2017 года. - Изменение № 2, утв. Приказом Минстроя России от 07.11.2016 № 775/пр.

Свод правил разработан ООО «Гарант» (руководитель разработки — канд. техн. наук, ст. науч. сотр. А.Д. Алиференков), при участии: МГУП «Мосводоканал» (генеральный директор, канд. техн. наук С.В. Храменков), ОАО «МосводоканалНИИпроект» (заместитель директора, д-р техн. наук О.Г. Примин), ОАО «Липецкий металлургический завод „Свободный Сокол“ (гл. инж. Б.Н. Лизунов, нач. техн. отд. А.В. Минченков), ГУП „НИИмосстрой“ (зам. директора, д-р техн. наук В.Ф. Коровяков) и др.»

Изменение № 1 к своду правил выполнено ОАО «МосводоканалНИИпроект» (руководители разработки: канд. техн. наук А.Д. Алиференков, д-р техн. наук О.Г. Примин, д-р техн. наук Е.И. Пупырев), ООО «Липецкая трубная компания „Свободный Сокол“ (инж. И.Н. Ефремов, инж. Б.Н. Лизунов, инж. А.В. Минченков), ОАО „НИИМосстрой“ (д-р техн. наук В.Ф. Коровяков)».

Изменение № 2 к настоящему своду правил выполнено АО «МосводоканалНИИпроект» (руководитель разработки — канд. техн. наук А.Д. Алиференков, исполнители — д-р техн. наук О.Г. Примин, инж. М.А. Шаль) при участии ООО «Липецкая трубная компания „Свободный Сокол“ (инж. И.В. Ефремов, инж. Б.Н. Лизунов, инж. А.В. Минченков).»

(абзац введен Изменением № 2, утв. Приказом Минстроя России от 07.11.2016 № 775/пр)

1. Область применения

1.1. Настоящий свод правил распространяется на напорные трубопроводы холодного водоснабжения, водоотведения и мелиоративных систем и устанавливает правила проектирования и строительства:

трубопроводов открытой прокладки;

надземных трубопроводов;

трубопроводов, прокладываемых бестраншейным способом горизонтально-направленного бурения (ГНБ).

1.2. Свод правил не распространяется на проектирование и строительство горячего водоснабжения, а также систем промышленной канализации.

2*. Нормативные ссылки

В настоящем своде правил использованы ссылки на следующие нормативные документы:

СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия»

СП 21.13330.2012 «СНиП 2.01.09-91 Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах»

СП 22.13330.2011 «СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений»

СП 24.13330.2011 «СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты»

СП 28.13330.2011 «СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии»

СП 31.13330.2011 «СНиП 2.04.02-84* Водоснабжение. Наружные сети и сооружения»

СП 33.13330.2011 «СНиП 2.04.12-86 Расчет на прочность стальных трубопроводов»

СП 34.13330.2011 «СНиП 2.05.02-85 Автомобильные дороги»

СП 35.13330.2011 «СНиП 2.05.03-84 Мосты и трубы»

СП 36.13330.2011 «СНиП 2.05.06-85* Магистральные трубопроводы»

СНиП 3.01.04-87 Приемка в эксплуатацию законченных строительством объектов. Основные положения

СП 45.13330.2012 «СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты»

(в ред. Изменения № 2, утв. Приказом Минстроя России от 07.11.2016 № 775/пр)

СНиП 3.05.04-85 Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации

СП 48.13330.2011 «СНиП 12-01-2004 Организация строительства»

СНиП 12-04-2002 Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство

СП 63.13330.2011 «СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»

ГОСТ Р ИСО 2531-2008 Трубы, фитинги, арматура и их соединения из чугуна с шаровидным графитом для водо- и газоснабжения. Технические условия

ГОСТ Р 52748-2007 Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения

ГОСТ 9.602-2005 Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии

ГОСТ 10692-80 Трубы стальные, чугунные и соединительные части к ним. Приемка, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение

ГОСТ 12820-80 Фланцы стальные плоские приварные на P_{y} от 0,1 до 2,5 МПа (от 1 до 25 кгс/см2). Конструкция и размеры

ГОСТ 19804-2012 Сваи железобетонные заводского изготовления. Общие технические условия

(ссылка введена Изменением № 2, утв. Приказом Минстроя России от 07.11.2016 № 775/пр)

ГОСТ 23899-79 Колонны железобетонные под параболические лотки. Технические условия

(ссылка введена Изменением № 2, утв. Приказом Минстроя России от 07.11.2016 № 775/пр)

ГОСТ 23972-80 Фундаменты железобетонные для параболических лотков. Технические условия

(ссылка введена Изменением № 2, утв. Приказом Минстроя России от 07.11.2016 № 775/пр)

ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация

Примечание. При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим сводом правил следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3. Термины и определения

В настоящем своде правил применены термины и определения в соответствии с ГОСТ Р ИСО 2531.

4. Общие требования

4.1. В соответствии с требованиями СП 31.13330 расчет подземных и надземных трубопроводов следует производить на совместное воздействие внешних нагрузок и внутреннего давления.

4.2. Расчет подземных трубопроводов необходимо производить на прочность, жесткость и устойчивость труб с раструбными соединениями диаметрами 80 — 1000 мм для различных условий строительства и эксплуатации.

4.3. Расчет на прочность надземных трубопроводов диаметрами 80 — 500 мм с соединениями «RJ» проводится на одновременное воздействие внешних нагрузок, внутреннего давления и осевых нагрузок от внутреннего давления.

4.4. Расчет на прочность подземных трубопроводов диаметрами 80 — 300 мм, прокладываемых бестраншейным способом горизонтально-направленного бурения (ГНБ), проводится на комбинированные нагрузки (внешние от грунта, транспорта и внутреннее давление воды) и осевые нагрузки от протягивания трубопровода в горизонтальную скважину.

4.5. Расчет подземных и надземных трубопроводов основан на способе сравнения несущей способности труб с действующими расчетными нагрузками, с введением коэффициентов запаса прочности.

4.6. Расчетное напряжение на растяжение принято равным 300 МПа, временная прочность при растяжении равна 420 МПа. Расчет производится при работе материала трубы только в упругой стадии (R_{p} = 300\text{МПа}) . Суммарное напряжение в опасном сечении трубы (лоток) при любых сочетаниях внешних нагрузок и внутреннего давления не должно превышать R_{p} = 300\text{МПа} , доверительная вероятность p* \geq 0,997 при статических и малоцикловых нагрузках при 300 МПа.

4.7. Расчет высокопрочных чугунных напорных трубопроводов производится по принятой в отечественной практике методике расчета как защемленного с двух концов прямолинейного участка трубопровода.

4.8. Выполнение всех приведенных выше указаний и положений позволит обеспечить безаварийную работу трубопроводов из ВЧШГ в течение 100 лет.

5. Проектирование и строительство подземных трубопроводов открытой прокладки сетей водоснабжения и водоотведения с использованием труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом диаметрами 80 — 1000 мм

5.1 Определение нагрузок, действующих на подземный трубопровод

5.1.1 В качестве постоянных и временных нагрузок, действующих на подземный трубопровод, следует принимать:

внутреннее давление транспортируемой воды;

давление грунтовой засыпки;

давление подвижных транспортных средств, передающееся на трубопровод через грунт;

собственную массу трубопровода;

давление при образовании вакуума и овализации труб;

массу транспортируемой воды;

внешнее гидростатическое давление грунтовых вод.

5.1.2. Внутреннее давление воды в трубопроводе устанавливается на основании гидравлического расчета в соответствии с требованиями СП 31.13330.

5.1.3. Расчетное внутреннее давление надлежит принимать равным наибольшему возможному по условиям будущей эксплуатации давлению в водопроводе на различных участках по длине (при наиболее невыгодном режиме работы) без учета повышения давления при гидравлическом ударе или с повышением давления при гидравлическом ударе с учетом действия противоударной арматуры, если это действие в сочетании с другими нагрузками окажет на трубопровод худшее воздействие.

5.1.4. При расчете водопроводов на повышение давления при гидравлическом ударе (определенное с учетом противоударной арматуры или образования вакуума) внешнюю нагрузку следует принимать не более нагрузки от транспорта А-14 или гусеничной нагрузки НГ-60.

5.1.5. При определении величины вакуума рекомендуется учитывать действие предусматриваемых на водопроводе противовакуумных устройств, предотвращающих превышение давления воды, необходимого для функционирования предохранительной и регулирующей арматуры, и возможного превышения давления воды из-за недопустимой неточности срабатывания предохранительной и регулирующей арматуры.

5.1.6. За внутреннее давление воды при гидравлическом ударе принимается максимальное внутреннее давление, возникающее при нестационарном режиме движения воды.

5.1.7. Давление воды при гидравлическом ударе определяется с учетом максимального использования устройств, защищающих трубопровод от удара.

5.2 Гидравлический расчет трубопроводов

Гидравлический расчет напорных трубопроводов из высокопрочных чугунных труб следует проводить с учетом требований СП 31.13330 и настоящего подраздела СП.

5.2.1 Величина напора H_{\text{тр}} , необходимая для транспортирования воды (сточных вод), определяется по формуле

H_{\text{тр}} = il + \sum h_{\text{м}.\text{с}} , (5.1)

где i — удельные потери напора по длине при температуре воды t, °C (потери напора на единицу длины трубопровода), м/м;

h_{\text{м}.\text{с}} — потери напора в стыковых соединениях и в местных сопротивлениях, м (следует определять с учетом данных по местным сопротивлениям чугунных соединительных частей из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом конкретного завода-изготовителя).

Примечание. Допускается \sum h_{\text{м}.\text{с}} принимать равной 10 — 20% потерь по длине \sum il .

5.2.2. Потери напора на единицу длины трубопровода i без учета гидравлического сопротивления соединений следует определять по формуле

i_{\text{Т}} = \lambda \frac{V^{2}}{2qd} , (5.2)

где \lambda — коэффициент гидравлического сопротивления;

V — средняя по сечению скорость движения воды (сточной воды), м/с;

g — ускорение силы тяжести, м/с2;

d — расчетный диаметр труб, м.

Для труб без внутреннего покрытия

D_{\text{в}} = (d - 2\delta_{\text{с}}) , (5.3)

и для труб с внутренним покрытием толщиной \delta_{\text{п}}

D_{\text{в}}' = [d - 2(\delta_{\text{с}} + \delta_{\text{п}})] , (5.4)

где d, \delta_{\text{с}} и \delta_{\text{п}} — соответственно наружный диаметр, толщина стенки трубы и толщина внутреннего покрытия, мм.

5.2.3 Коэффициент гидравлического сопротивления \lambda следует определять по формуле

\sqrt{\lambda} = \frac{0,5[\frac{b}{2} + \frac{1,312(2 - b)lg(3,7D_{\text{в}}/K_{\text{э}})}{lgRe_{\text{ф}} - 1}]}{lg(3,7D_{\text{в}}/K_{\text{э}})} ; (5.5)

V = 1,27 \frac{Q}{D_{\text{в}}^{2}} , (5.6)

где Q — расход воды (стоков), м3/с;

b — число подобия режимов течения воды (сточных вод)

b = 1 + \frac{lgRe_{\text{ф}}}{lgRe_{\text{кв}}} , (5.7)

(при b > 2 следует принимать b = 2);

K_{\text{э}} — коэффициент гидравлической абсолютной шероховатости, мм (таблица 5.1).

Таблица 5.1

Значения коэффициента K_{\text{э}} для труб из ВЧШГ

Re_{\text{ф}} — число Рейнольдса фактическое

Re_{\text{ф}} = \frac{VD_{\text{в}}}{v} ; (5.8)

Re_{\text{кв}} = \frac{500D_{\text{в}}}{K_{\text{э}}} , (5.9)

где v — коэффициент кинематической вязкости, м2/с, воды (таблица 5.2) и сточных вод (таблица 5.3).

Таблица 5.2

Значения коэффициента кинематической вязкости чистой воды

Таблица 5.3

Значения коэффициента кинематической вязкости сточных вод

5.2.4. Приближенные значения удельных потерь напора на единицу длины трубопровода из высокопрочных труб из чугуна с шаровидным графитом могут быть приняты с учетом качества их внутренней поверхности по номограммам (рисунки 5.1 - 5.4).

Рисунок 5.1. Номограмма для приближенных гидравлических расчетов напорных трубопроводов диаметрами 100 — 300 мм из высокопрочных труб из чугуна с шаровидным графитом класса К-9 с внутренним цементно-песчаным покрытием

Рисунок 5.2. Номограмма для приближенных гидравлических расчетов напорных трубопроводов диаметрами 350 — 1000 мм из высокопрочных труб из чугуна с шаровидным графитом класса К-9 с внутренним цементно-песчаным покрытием

Рисунок 5.3. Номограмма для приближенных гидравлических расчетов напорных трубопроводов из высокопрочных труб из чугуна с шаровидным графитом класса К-9 без покрытия

D_{\text{у}} — диаметр условного прохода; q — расчетный расход воды; V — средняя скорость движения воды (сточной воды); i — гидравлический уклон

Рисунок 5.4. Номограмма для приближенных гидравлических расчетов напорных трубопроводов из высокопрочных труб из чугуна с шаровидным графитом класса К-9 с полимерным покрытием

5.3 Внешние постоянные и временные нагрузки

5.3.1. Равнодействующая расчетной вертикальной нагрузки от давления грунта засыпки при укладке трубопроводов определяется по формулам:

укладка в траншее Q_{\text{т}} = n\gamma HBK_{\text{тр}}\psi ; (5.10)

укладка в насыпи Q_{\text{н}} = n\gamma HD_{\text{н}}K_{\text{н}} . (5.11)

За расчетное принимается меньшее значение Q.

Если в формуле (5.10) произведение BK_{\text{тр}}\psi окажется больше, чем произведение D_{\text{н}}K_{\text{н}} в формуле (5.11), определенные для одних и тех же грунтов основания и способов опирания трубопровода, то и при укладке труб в траншее вместо формулы (5.10) следует пользоваться формулой (5.11).

Коэффициенты перегрузок n для внешних постоянных и временных нагрузок принимаются по таблице 5.4.

Таблица 5.4

Коэффициент перегрузок

Схемы укладки подземного трубопровода указаны на рисунке 5.5.

Рисунок 5.5. Схемы укладки подземного трубопровода

5.3.2. Грунты засыпки условно подразделяются на шесть категорий. Нормативные значения удельного веса \gamma и модуля деформации E_{\text{гр}} грунтов засыпки приведены в таблице 5.5.

Таблица 5.5

Нормативные значения удельного веса \gamma и модуля деформации E_{\text{гр}} грунтов

5.3.3. Ширина траншеи B определяется проектом и зависит от размеров рабочих органов землеройной техники.

В соответствии с СП 45.13330 наименьшая ширина траншеи по дну должна составлять D_{\text{н}} + 600\text{мм} .

5.3.4 Ширина траншеи B на уровне верха трубы (см. рисунок 5.5):

1. для траншей с вертикальными стенками B = B_{1} ;

2. для траншей с наклонными стенками B = B_{1} + 2D_{\text{н}}m_{3,0} , где m — коэффициент откоса.

5.3.5. Коэффициент K_{\text{тр}} , учитывающий действие сил трения между засыпкой и стенками трубы, в зависимости от категории грунтов и отношения H/D принимается по таблице 5.6.

Таблица 5.6

Значения коэффициента K_{\text{тр}}

5.3.6 Коэффициент \psi , учитывающий разгрузку трубы от бокового давления грунта засыпки, определяется по формуле

\psi = \frac{1}{1 + \frac{2P_{\text{гр}}(B - D_{\text{н}})}{P_{\text{л}}\chi D_{\text{н}}}} , (5.12)

где P_{\text{л}} — параметр, характеризующий жесткость трубопровода, состоящего из отдельных раструбных труб, определяемый по формуле

P_{\text{л}} = 2E(\frac{h}{D - h})3 , (5.13)

здесь E — модуль упругости Юнга, для ВЧШГ — 1,7 \cdot 10^{5}\text{МПа} ;

\chi — коэффициент выступания трубы; при опирании на плоское грунтовое основание \chi = 0,98 ; при опирании трубы на спрофилированное основание с углом охвата трубы основанием, равным 60°, 90° или 120°, принимается соответственно равным 0,93, 0,95 и 0,75;

P_{\text{гр}} — жесткость грунта.

Ширина траншеи B_{\text{ср}} на глубине H/2 от поверхности для траншей:

1. с вертикальными стенками B_{\text{ср}} = B = B_{1} ;

2. с наклонными стенками B_{\text{ср}} = B_{1} + 2(D_{\text{н}} + H/2)m_{3,0} .

5.3.7. Значения модуля деформации грунта засыпки E_{\text{гр}} при отсутствии данных инженерно-геологических исследований следует принимать по таблице 5.5.

Величины грунтовых нагрузок, действующих на подземный трубопровод, зависят от уплотнения грунта между стенками трубы и траншеи. Для достижения нормальной степени уплотнения трамбование грунта засыпки выполняется послойно толщиной слоя не более 20 см. Для достижения повышенной степени уплотнения грунта засыпки толщина трамбуемых слоев засыпки назначается из условия обеспечения объемного веса скелета грунта засыпки не менее, кН/м3:

1,5 — при засыпке песчаными грунтами и супесями;

1,6 — при засыпке суглинками и глинами.

5.3.8. Коэффициент выступания \chi , т.е. часть вертикального наружного диаметра в долях единицы, находящаяся выше плоскости основания траншеи, определяется по формуле

\chi = 0,5(1 + cos\alpha) , (5.14)

где \alpha — угол охвата трубы.

Угол охвата трубы основанием 2\alpha может составлять при укладке:

1. на плоское основание с подбивкой пазух — 30°;

2. на профилированное основание — 60°; 90°; 120°.

Расчетная схема нагружения трубы от действия грунтовых нагрузок приведена в таблице 5.7.

Таблица 5.7

Значения коэффициентов \overline{M} и \overline{N} для различных нагрузок, действующих на трубопровод круглого сечения, опертый на нижнюю образующую

Нагрузка	Схема нагружения	Коэффициент
		\overline{M_{\text{А}}}	\overline{M_{\text{Б}}}	\overline{M_{\text{В}}}	\overline{N_{\text{А}}}	\overline{N_{\text{Б}}}	\overline{N_{\text{В}}}
Собственный вес трубопровода		0,239	-0,091	0,08	-0,08	-0,25	0,08
Вес жидкости при наполнении трубопровода <*>		0,239	-0,091	0,08	0,398	0,069	0,239
Вертикальная равномерная		0,294	-0,154	0,15	-0,053	-0,5	0,053
Горизонтальная равномерная		-0,125	0,125	-0,125	-0,5	0	-0,5
Сосредоточенная		0,318	-0,182	0,318	0	-0,5	0
<*> При действии внешнего гидростатического давления знаки коэффициентов меняются на обратные.

5.3.9. Коэффициент концентрации давления грунта засыпки K_{\text{н}} при укладке труб на ненарушенный грунт в насыпи определяется по формуле

K_{\text{н}} = \frac{3(P_{\text{л}} + P_{\text{гр}})}{2(P_{\text{л}} + 2P_{\text{гр}})} , (5.15)

где P_{\text{л}} — жесткость трубопровода по М. Леви, МПа;

P_{\text{гр}} — жесткость грунта засыпки, МПа; P_{\text{гр}} = 1,25E_{\text{гр}} ;

E_{\text{гр}} — модуль упругости грунта засыпки, МПа.

5.3.10 Равнодействующая расчетной горизонтальной нагрузки от бокового давления грунта определяется по формулам:

Q_{\text{г}} = n\gamma\chi_{\text{л}}HD_{\text{н}}K_{\text{тр}}\lambda_{\text{гр}} — укладка в траншее; (5.16)

Q_{\text{в}}^{\text{г}} = n\gamma(H + \frac{D_{\text{н}}}{2})D_{\text{н}}\lambda_{\text{н}} — укладка в насыпи. (5.17)

За расчетную принимается формула траншеи или насыпи в зависимости от того, которая из формул являлась расчетной при определении Q_{\text{г}} .

5.3.11. Коэффициенты бокового давления \lambda_{\text{гр}} и \lambda_{\text{н}} следует принимать по таблице 5.8.

Таблица 5.8

Коэффициенты бокового давления грунта

5.3.12. Нормативные временные нагрузки от подвижных транспортных средств для трубопроводов закрытых водопроводных систем рекомендуется принимать по схеме А-14 или НГ-60 общим весом 588 кН (60 тс) в соответствии с ГОСТ Р 52748 и СП 35.13330.

В расчетах при соответствующем обосновании исходя из конкретных условий эксплуатации трубопровода допускается использовать нагрузки по схеме НК-80.

Равномерно распределенное давление q_{\text{т}},\text{кН}/\text{м}^{2} , от наземного транспорта, передаваемое на трубопровод через грунт, принимается в зависимости от диаметров труб и глубины заложения трубопровода для схем НГ-60, А-14 соответственно по таблицам 5.10, 5.11.

Примечание. Для расчета труб при других значениях транспортных нагрузок величину q_{\text{тр}} целесообразно определять с помощью формулы Буссинеска [1, с. 60 — 63]

q_{\text{т}} = 0,478 \frac{QH^{3}}{(H^{2} + r^{2})^{5/2}} , (5.18)

где Q — сосредоточенная сила;

H — глубина рассматриваемой точки от поверхности;

r — горизонтальная проекция между точкой приложения силы и точкой, в которой определяется напряжение q.

5.3.13. Равнодействующую нормативной вертикальной нагрузки на трубопровод от транспорта рекомендуется определять по формуле

Q_{\text{в}}^{\text{н}} = nq_{\text{т}}D_{\text{н}}\mu_{\text{т}}K_{\text{н}} , (5.19)

где K_{\text{н}} — коэффициент концентрации давления грунта засыпки, определяемый по формуле (5.15);

\mu_{\text{т}} — динамический коэффициент подвижной нагрузки, зависит от глубины заложения трубопровода H (таблица 5.9).

Таблица 5.9

Значения динамического коэффициента подвижной нагрузки

5.3.14 Нормативные временные нагрузки от подвижных транспортных средств следует также принимать:

для трубопроводов различного назначения всех диаметров, прокладываемых под автомобильными дорогами, — нагрузку от колонн автомобилей или от колесного транспорта НК-80 в зависимости от того, какая из этих нагрузок оказывает большее силовое воздействие на трубопровод;

для подземных трубопроводов, прокладываемых в местах, где возможно нерегулярное движение автомобильного транспорта, — нагрузку от единичных автомобилей А-14 или от гусеничного транспорта НГ-60 в зависимости от того, какая из этих нагрузок вызывает большее воздействие на трубопровод;

для трубопроводов, прокладываемых в местах, где движение автомобильного транспорта невозможно, — равномерно распределенную нагрузку с интенсивностью 4 кН/м2.

Величину нормативной временной нагрузки от подвижных транспортных средств допускается увеличивать или уменьшать при соответствующем обосновании исходя из конкретных условий рассматриваемого трубопровода.

5.3.15 Приведенную глубину заложения трубопровода рекомендуется определять по формуле

H_{\text{пр}} = H + (1 - \sqrt[3]{E_{\text{покр}}/E_{\text{гр}}})h_{\text{покр}} , (5.20)

где H — глубина заложения трубопровода, считая до верха покрытия, м;

h_{\text{покр}} — толщина слоя покрытия (дорожной одежды), м;

E_{\text{покр}} — общий модуль упругости (деформации) покрытия, МПа, зависит от его конструкции и свойств материала покрытия.

Для покрытий, состоящих из нескольких разнородных слоев, характеризуемых собственными модулями упругости (деформации) E_{i} , общий модуль упругости E_{\text{покр}} (деформации) покрытия определяется по формуле

E_{\text{покр}} = \sum_{i = n}^{i = 1} h_{i}^{3} \sqrt{E_{i}} / \sum_{i = n}^{i = 1} h_{i} , (5.21)

где h_{i} — толщина слоев покрытия в количестве от 1 до n;

E_{i} — модули упругости (деформации) соответствующих i-х от 1 до n слоев покрытия;

n — число слоев в покрытии.

Таблица 5.10

Равномерно распределенное давление q от гусеничной нагрузки НГ-60 при наружном диаметре трубопровода D_{\text{н}}

Таблица 5.11

Равномерно распределенное давление q от транспортной нагрузки А-14 при наружном диаметре трубопровода D_{\text{н}}

5.3.16 Равнодействующая расчетной горизонтальной нагрузки от давления наземного транспорта определяется по формуле

Q_{2r} = nqD_{\text{н}}\gamma_{\text{н}} . (5.22)

5.3.17 Равнодействующая расчетной вертикальной нагрузки от собственного веса трубы определяется по формуле

Q_{3} = n\pi\gamma_{\text{т}}hD_{\text{ср}}10^{- 3} . (5.23)

5.3.18 Равнодействующая расчетной вертикальной нагрузки от веса наполнителя (воды) определяется по формуле

Q_{1} = n \frac{\pi}{l} \gamma_{\text{н}}hD_{\text{в}}^{2}10^{- 3} , (5.24)

где \gamma_{\text{н}} = 9,8\text{кН}/\text{м}^{3} — удельный вес пресной воды;

D_{\text{в}} = D_{\text{н}} - 2h .

5.3.19. Величину возможного вакуума на расчетном участке трубопровода при отсутствии конкретных данных рекомендуется принимать P_{\text{вак}} = 0,1\text{МПа} .

5.3.20. Внешнее гидростатическое давление грунтовых вод P_{\text{г}.\text{в}} на трубопровод, МПа, определяется по формуле

P_{\text{г}.\text{в}} = \gamma_{\text{в}}H_{\text{г}.\text{в}} , (5.25)

где \gamma_{\text{в}} — плотность воды с учетом растворенных в ней солей, Н/м3;

H_{\text{г}.\text{в}} — высота столба грунтовой воды над верхом трубопровода, м.

5.4 Расчет изгибающих моментов от воздействия внешних нагрузок

5.4.1. Максимальный изгибающий момент от действия грунтовой и транспортной нагрузок в лотке трубы определяется по формуле

M = M_{\text{в}}' + M_{\text{в}}^{"} + M_{\text{г}} . (5.26)

5.4.2. Расчетные изгибающие моменты при опирании трубы на грунтовое основание определяются как алгебраическая сумма моментов от внешней вертикальной нагрузки и опорных моментов.

5.4.3. Опорные моменты при опирании трубы на грунтовое плоское основание и профилированное основание определяются с помощью расчетных коэффициентов, приведенных в таблице 5.12 для плотных и слабых грунтов, см. [1], [4].

Таблица 5.12

Значения коэффициентов \overline{M} и \overline{N} для опорных реакций трубопровода на грунтовом основании

Схема нагружения	Центральный угол 2\alpha , град.	Коэффициент
		\overline{M_{\text{А}}}	\overline{M_{\text{Б}}}	\overline{M_{\text{В}}}	\overline{N_{\text{А}}}	\overline{N_{\text{Б}}}	\overline{N_{\text{В}}}
а)	0	0	0	0	0	0	0
	30	-0,059	0,002	-2,002	0,004	0	-0,004
	60	-0,105	0,007	-0,007	0,013	0	-0,013
	90	-0,136	0,014	-0,013	0,027	0	-0,027
	120	-0,155	0,021	-0,019	0,04	0	-0,04
	150	-0,163	0,026	-0,023	0,05	0	-0,05
	180	-0,169	0,029	-0,025	0,053	0	-0,053
б)	0	0	0	0	0	0	0
	30	-0,04	0,001	-0,001	0,001	0	-0,001
	60	-0,073	0,003	-0,003	0,007	0	0,007
	90	-0,093	0,007	-0,006	0,013	0	0,013
	120	-0,114	0,01	-0,01	0,02	0	0,02
	150	-0,123	0,012	-0,012	0,025	0	0,025
	180	-0,127	0,014	-0,013	0,027	0	-0,027

5.4.4. Расчетный опорный момент от действия внешней вертикальной нагрузки при укладке трубы на плотное грунтовое основание определяется с использованием коэффициентов, приведенных в таблице 5.12, по схеме а.

5.4.5. При укладке трубы на слабые грунты расчетный опорный момент определяется также с использованием коэффициентов, приведенных в таблице 5.12, по схеме б.

5.4.6. Расчетный изгибающий момент от действия грунтовой и транспортной нагрузок при укладке на плоское основание, \text{кН } \cdot \text{м} , равен

M_{\text{в}}' = 0,235(Q_{1} + Q)r_{\text{ср}}10^{- 3} . (5.27)

5.4.7. При укладке на профилированное основание с углом охвата трубы основанием 2\alpha изгибающий момент M_{\text{в}}' равен:

(5.28)

5.4.8. Расчетный изгибающий момент от действия веса воды и собственного веса трубопровода при укладке на плоское основание, \text{кН } \cdot \text{м} , равен

M_{\text{в}}^{"} = 0,18(Q_{3} + Q_{1})r_{\text{ср}}10^{- 3} . (5.29)

5.4.9 При укладке на профилированное основание:

(5.30)

5.4.10. Расчетный изгибающий момент от действия горизонтальных нагрузок, \text{кН } \cdot \text{м} , определяется по формуле

M_{\text{г}} = - 0,125(Q_{1\text{г}} + Q_{2\text{г}})r_{\text{ср}}10^{- 3} . (5.31)

5.4.11 Внешние приведенные нагрузки, эквивалентные действующим изгибающим моментам, определяются по формуле

Q_{\text{ср}} = \frac{M}{0,318r_{\text{ср}}} . (5.32)

5.5 Расчет на прочность при действии на трубопровод внешних нагрузок

5.5.1 Расчет производится на следующие сочетания основных нагрузок:

1. при действии на трубопровод давления грунта засыпки, передвижных транспортных средств, собственного веса трубы, внешнего гидростатического давления, веса транспортируемой воды;

2. при действии грунта засыпки, атмосферного давления при образовании в трубопроводе вакуума, собственного веса трубопровода, веса воды.

5.5.2 Условие прочности соблюдается, если

Q_{\text{пр}} \leq Q_{\text{экв}} . (5.33)

5.5.3. Несущая способность засыпанного трубопровода при внешнем нагружении Q_{\text{пр}}^{0} зависит от поддерживающего действия (отпора) грунта засыпки, влияние которого в расчетах учитывается коэффициентом \xi .

5.5.4 Коэффициент \xi определяется по формулам:

при первом варианте сочетания нагрузок

\xi = \frac{1}{1 + \frac{P_{\text{гр}}}{P_{\text{л}} + 0,413P_{\text{г}}}} ; (5.34)

при втором варианте сочетания нагрузок

\xi_{\text{а}} = \frac{1}{\frac{1 + P_{\text{гр}} - P_{\text{а}}}{P_{\text{л}} + 0,413P_{\text{г}}}} , (5.35)

где P_{\text{а}} — атмосферное давление при образовании в трубопроводе вакуума, принимаемое равным 0,1 МПа.

5.5.5. Предельная раздавливающая внешняя нагрузка Q_{\text{пр}}^{0} , действующая на подземный трубопровод, определяется исходя из условий, что при эквивалентном двухлинейном нагружении приведенными силами изгибающий момент равен

M = \xi \frac{Q_{\text{пр}}^{0}r}{\pi} = 0,318\xi Q_{\text{пр}}^{0}r . (5.36)

5.5.6 Нормальные напряжения, возникающие в опасном сечении (лотке), равны

mR = \frac{M}{W} = \frac{0,318\xi Q_{\text{пр}}^{0}r6}{h^{2}} = \frac{0,95\xi Q_{\text{пр}}^{0}D_{\text{н}}}{h^{2}} . (5.37)

Тогда

Q_{\text{пр}}^{0} = \frac{mRh^{2}}{0,95\xi D_{\text{н}}} , (5.38)

где R — расчетная прочность, равная 300 МПа;

m — коэффициент условий работы материала труб, равный единице при доверительной вероятности p^{*} \geq 0,999 ;

\xi — коэффициент упругого отпора грунта, определяемый расчетом.

5.6 Расчет на устойчивость круговой формы поперечного сечения

5.6.1. Определение необходимой несущей способности труб из условия устойчивости круговой формы поперечного сечения следует проводить по формуле с учетом состояния напорного трубопровода

q_{\text{кр}} \geq 2(\frac{Q_{\text{пр}}}{D} + P_{\text{вак}} + Q_{\text{г}.\text{в}}) , (5.39)

где q_{\text{кр}} — предельная величина внешнего равномерного давления, МПа, которую труба из ВЧШГ способна выдержать без потери устойчивости круговой формы поперечного сечения;

Q_{\text{пр}} — расчетная внешняя приведенная нагрузка, кН/м;

P_{\text{вак}} — величина возможного вакуума на расчетном участке трубопровода, МПа; при отсутствии конкретных данных следует принимать равной 0,1 МПа;

P_{\text{г}.\text{в}} — внешнее гидростатическое давление грунтовых вод на трубопровод, МПа, определяется по формуле (5.25).

5.7 Расчет на жесткость (по деформации) при внешнем нагружении

5.7.1. При расчете на жесткость исходным служит условие, чтобы относительное уменьшение вертикального диаметра f/D не превышало, %:

а) 5 — для труб с антикоррозионным полимерным внутренним покрытием;

б) 4 — для труб с цементно-полимерным покрытием;

в) 3 — для труб с цементно-песчаным внутренним покрытием.

5.7.2 Эти условия выражаются неравенствами:

f_{\text{а}} = \overline{f} \frac{Q_{\text{пр}}}{4P_{\text{л}}} \xi \leq 0,05D_{\text{н}} ; (5.40)

f_{\text{б}} = \overline{f} \frac{Q_{\text{пр}}}{4P_{\text{л}}} \xi \leq 0,04D_{\text{н}} ; (5.41)

f_{\text{в}} = \overline{f} \frac{Q_{\text{пр}}}{4P_{\text{л}}} \xi \leq 0,03D_{\text{н}} , (5.42)

где \xi — коэффициент, учитывающий влияние отпора грунта;

\overline{f} — коэффициент, зависящий от схемы распределения нагрузок и опорной реакции, с учетом активного влияния бокового давления грунта. При угле опирания 2\alpha = 30^{\circ}\overline{f} = 1,23 ; 2\alpha = 90^{\circ}\overline{f} = 0,974 . Для практических расчетов величину \overline{f} можно принимать равной 1,0. Более точные значения коэффициента \overline{f} можно получить в таблице 9.17 [4].

5.7.3 Критическая величина внешнего давления определяется по формулам:

при P_{\text{гр}} \geq \frac{P_{\text{л}}}{4} q_{\text{кр}} = 2 \sqrt{P_{\text{л}}P_{\text{гр}}} ; (5.43)

при P_{\text{гр}}< \frac{P_{\text{л}}}{4} q_{\text{кр}} = P_{\text{л}} , (5.44)

где P_{\text{л}} — жесткость трубы, МПа, по М. Леви;

P_{\text{гр}} — жесткость грунта, определяемая по формуле

P_{\text{гр}} = 0,125E_{\text{гр}} , (5.45)

здесь E_{\text{гр}} — модуль деформации грунта засыпки, МПа.

5.8 Расчет на прочность труб при совместном воздействии внешних нагрузок и внутреннего давления

5.8.1. При совместном воздействии внешних приведенных нагрузок Q и внутреннего гидравлического давления зависимость между ними является прямолинейной. При работе материала трубы в упругой стадии напряжения от этих нагрузок суммируются, см. [1], [8], [9].

В общем случае эта зависимость выражается формулой

P_{\text{пр}} = P^{0}(1 - \frac{Q_{\text{пр}}}{Q^{0}}) , (5.46)

где P_{\text{пр}} — величина внутреннего давления при Q_{\text{пр}} , МПа;

P^{0} — несущая способность трубы на внутреннее гидростатическое давление, МПа;

Q^{0} — несущая способность трубы на внешнюю приведенную нагрузку от грунта и транспорта, кН/м;

Q_{\text{пр}} — величина приведенной внешней нагрузки, кН/м;

Q_{\text{пр}} = Q^{0}(1 - \frac{Q}{Q^{0}}) . (5.47)

5.8.2 Значения P^{0} определяются по формуле

P^{0} = \frac{R_{\text{р}} \cdot h}{r_{0}} , (5.48)

где R_{\text{р}} — расчетная прочность, равная 300 МПа;

r_{0} — внутренний радиус трубы, см;

h — толщина стенки трубы, см.

5.8.3 Значения Q^{0} определяются по формуле

Q^{0} = 0,524 \frac{R_{\text{р}}h^{2}b}{r_{\text{с}}} , (5.49)

где b — условная длина трубы, равная 1 м;

r_{\text{с}} — радиус срединной поверхности трубы, см.

5.8.4. Значения P^{0} и Q^{0} для труб диаметрами 80 — 1000 мм классов К-9 и К-10 для незасыпанного трубопровода приведены в таблице 5.13.

Таблица 5.13

Несущая способность незасыпанного трубопровода на внешнюю нагрузку Q^{0} и внутреннее давление P^{0}

5.8.5. График прочности незасыпанного трубопровода при комбинированной нагрузке, представляющий собой прямую линию в координатах Q^{0}P^{0} , приведен на рисунке 5.6.

Рисунок 5.6. Графики прочности труб диаметром 600 мм классов К-9 и К-10

5.8.6. Графики являются линиями равной прочности при любых сочетаниях нагрузок, когда суммарные напряжения в стенках трубы не превышают R_{\text{р}} = 300\text{МПа} от воздействия внешних нагрузок и внутреннего давления при любых сочетаниях. Пояснения по использованию графика (рисунок 5.6) приведены в примере расчета в разделе 5.10.

5.8.7. Коэффициент запаса прочности трубопровода на внешние нагрузки K_{0} может быть получен из соотношения Q^{0}/Q_{\text{пр}} = K_{0} .

Коэффициент запаса прочности K_{0} = \frac{\sigma_{\text{вр}}}{\sigma_{\text{р}}} = \frac{420\text{МПа}}{300\text{МПа}} = 1,4 принят в дальнейших расчетах условно равным единице. При упругой работе материала трубы соотношение \frac{\sigma_{\text{вр}}}{\sigma_{\text{р}}} справедливо также для нагрузок, вызывающих эти напряжения.

5.9 Расчет на прочность труб при действии на трубопровод внутреннего давления при отсутствии внешней нагрузки

5.9.1 Расчетное внутреннее давление в трубопроводе P, МПа, определяется по формуле

P = m_{0} \frac{2hR_{\text{р}}}{D_{\text{н}} - 2h} , (5.50)

где R_{\text{р}} — расчетное сопротивление чугуна, МПа; R_{\text{р}} = 300\text{МПа} ;

m_{0} — коэффициент условия работы, равный 1,0;

h — толщина стенки трубы, см;

D_{\text{н}} — наружный диаметр трубы, см.

5.9.2 Номинальная толщина стенки труб h, см, определяется по эмпирической формуле

h = k(0,5 + 0,001D_{\text{у}}) , (5.51)

где k — безразмерный коэффициент, используемый для обозначения класса труб; принимается равным 8, 9, 10, 11, 12 и т.д.;

D_{\text{у}} — условный проход трубы, см.

5.9.3. Допустимое внутреннее давление в трубопроводе на условия временной прочности раструбной трубы определяется по данным таблицы 5.14.

Таблица 5.14

Допустимое внутреннее гидравлическое давление в трубопроводе с раструбными соединениями «TYTON» и «RJ», МПа, для труб класса К-9

5.9.4. Допустимая максимальная величина внутреннего гидравлического давления трубопровода для фланцевых соединений определяется из таблицы 5.15 исходя из принципа равнопрочности труб, стыковых соединений и фитингов.

Таблица 5.15

Допустимое внутреннее гидравлическое давление для фланцевых соединений, МПа

5.9.5. Испытательное давление подземных трубопроводов в соответствии со СНиП 3.05.04 подразделяется на предварительное P_{\text{и}} и приемочное P_{\text{г}} .

5.9.6. Предварительное испытательное давление определяется в соответствии со СНиП 3.05.04 как внутреннее расчетное давление с коэффициентом 1,25.

5.9.7. Приемочное испытательное давление равно P_{\text{г}} = P_{\text{и}} + 0,5\text{МПа} .

5.10 Класс прочности труб из ВЧШГ

5.10.1. Выбор класса прочности труб на первой стадии расчета осуществляется методом сопоставления несущей способности труб на воздействие внешней нагрузки Q и внутреннего давления P незасыпанного трубопровода.

5.10.2. Несущая способность P^{0} и максимально допустимое внутреннее давление P_{max},\text{МПа}(P^{0} = P_{max}) , при незасыпанном трубопроводе определяются из таблицы 5.13, а допустимое внутреннее давление засыпки грунта в зависимости от внешней грунтовой и транспортной нагрузок определяется расчетом.

5.10.3. Основным критерием оценки выбора класса труб на первой стадии расчета является коэффициент запаса прочности K_{0} , который не должен быть менее единицы при сравнении несущей способности трубы на внешнюю приведенную нагрузку и допустимого внутреннего давления с заданным рабочим давлением. Коэффициент запаса прочности K_{0} определяется в соответствии с 5.8.7.

5.10.4. Принятый класс прочности труб на первой стадии должен быть рассчитан на прочность, устойчивость, деформативность, критическую величину внешнего давления при расчетных значениях Q_{\text{экв}} .

5.10.5. В случае если выбранный класс прочности труб при вычисленных приведенных нагрузках не удовлетворяет критерию прочности при укладке трубы на плоское грунтовое основание, то следует предусмотреть применение более высокого класса прочности.

5.10.6. Если применение другого класса труб при укладке на плоское основание является экономически нецелесообразным, следует рассматривать расчет труб на прочность при укладке на спрофилированное основание с углом охвата трубы 2\alpha = 60^{\circ};90^{\circ};120^{\circ} .

5.10.7. Сопоставление несущей способности трубопровода Q^{0} и P^{0} с действующими внешними приведенными нагрузками и внутренним давлением рекомендуется также производить, используя прямолинейный график равной прочности труб при совместном воздействии внешних нагрузок и внутреннего давления (рисунок 5.6).

Пример расчета на прочность трубопровода из ВЧШГ диаметром 600 мм

Требуется провести расчет на прочность, устойчивость и жесткость трубопровода из ВЧШГ диаметром 600 мм для следующих условий:

трубы класса К-9 по ГОСТ Р ИСО 2531;

наружный диаметр 635 мм;

толщина стенки трубы 9,9 мм;

укладка в траншее с наклонными стенками, заложение откоса m_{3,0} = 0,5 на плоское основание;

группа грунта Г-III (суглинки);

удельный вес грунта \gamma = 17,7\text{кН}/\text{м}^{3} ;

модуль деформации грунта E_{\text{гр}} = 2,2\text{МПа} ;

уплотнение грунта — нормальное;

глубина заложения — 2 м;

транспортная нагрузка НГ-60 (одна машина);

внешняя гидростатическая нагрузка отсутствует;

расчетное внутреннее гидростатическое давление равно 1,6 МПа;

расчетное сопротивление материала трубы на растяжение R_{\text{р}} = 300\text{МПа} , при доверительной вероятности p^{*} \geq 0,997 .

Определение нагрузок от давления грунта засыпки

Ширина траншеи по верху:

B_{1} = D_{\text{н}} + 0,8 = 1,43\text{м} ;

B = B_{1} + 2(D_{\text{н}}m_{3,0}) = 1,43 + 2(0,63 \cdot 0,5) = 2,06\text{м} ;

B_{\text{ср}} = B_{1} + 2(D_{\text{н}} + \frac{H}{2})\text{т}_{3,0} = 1,43 + 2(0,63 + \frac{2}{2})0,5 = 3,05\text{м} .

Коэффициент K_{\text{тр}} = 0,9 при \frac{H}{B_{\text{ср}}} = \frac{2}{3,05} = 0,65 (см. таблицу 5.6).

Параметр, характеризующий жесткость грунта засыпки

P_{\text{гр}} = 0,125E_{\text{гр}} = 0,125 \cdot 2,2 = 0,275\text{МПа} .

Параметр, характеризующий жесткость трубопровода

P_{\text{л}} = 2E(\frac{h}{D_{\text{н}} - h})^{3} = 2 \cdot 1,7 \cdot 10^{5}(\frac{9,9}{635 - 9,9})^{3} = 1,34\text{МПа} ,

где E — модуль Юнга для ВЧШГ; E = 1,7 \cdot 10^{5}\text{Па} .

Коэффициент \chi = 0,98 .

Коэффициент \psi равен

\psi = \frac{1}{1 + 2 \frac{P_{\text{гр}}(B - D_{\text{н}})}{P_{\text{л}}\chi D_{\text{н}}}} = \frac{1}{1 + 2 \frac{0,275(2,06 - 0,63)}{1,34 \cdot 0,98 \cdot 0,63}} = 0,512 .

Коэффициент концентрации давления грунта засыпки

K_{\text{н}} = \frac{3(P_{\text{л}} - P_{\text{гр}})}{2(P_{\text{л}} - 2P_{\text{гр}})} = \frac{3(1,34 - 0,275)}{2(1,34 + 2 \cdot 0,275)} = 1,29 .

Определение произведений BK_{\text{тр}}\psi и D_{\text{н}}K_{\text{н}} :

BK_{\text{тр}}\psi = 2,06 \cdot 0,9 \cdot 0,512 = 0,95 ;

D_{\text{н}}K_{\text{н}} = 0,63 \cdot 1,29 = 0,81 .

Так как D_{\text{н}}K_{\text{н}}<BK_{\text{тр}}\psi , то определение вертикальной нагрузки от давления грунта засыпки производится по формуле

Q_{\text{гр}}^{\text{в}} = n\gamma H\chi D_{\text{н}}K_{\text{н}} = 1,15 \cdot 17,7 \cdot 2 \cdot 0,63 \cdot 1,29 = 33,08\text{кН}/\text{м} .

Равнодействующая расчетной горизонтальной нагрузки от бокового давления грунта засыпки

Q_{\text{гр}}^{\text{г}} = n\gamma(H + \frac{D_{\text{н}}}{2})D_{\text{н}}\lambda_{\text{н}} = 0,9 \cdot 17,7(2 + \frac{0,63}{2})0,63 \cdot 0,05 = 4,65\text{кН}/\text{м} .

Определение нагрузки от давления наземного транспорта

Равнодействующая расчетной вертикальной нагрузки от давления наземного транспорта

Q_{\text{тр}}^{\text{в}} = nq_{\text{тр}}D_{\text{н}}\mu_{\text{н}}K_{\text{н}} = 1,0 \cdot 18,7 \cdot 0,63 \cdot 1,0 \cdot 1,29 = 15,07\text{кН}/\text{м} .

Равнодействующая расчетной горизонтальной нагрузки от давления наземного транспорта

Q_{\text{тр}}^{\text{г}} = nq_{\text{тр}}\chi D_{\text{н}}\lambda_{\text{н}} = 1,0 \cdot 18,7 \cdot 2 \cdot 0,98 \cdot 0,63 \cdot 0,2 = 2,30\text{кН}/\text{м} .

Равнодействующая расчетной вертикальной нагрузки от собственного веса трубопровода

Q_{1} = n\pi\gamma_{\text{тр}}h(D_{\text{н}} - h) = 1,1 \cdot 3,14 \cdot 72,6 \cdot 0,0099(0,63 - 0,0099) = 1,54\text{кН}/\text{м} .

Равнодействующая расчетной вертикальной нагрузки от веса транспортируемой воды

Q_{2} = n0,25\pi\gamma_{\text{тр}}D_{0}^{2}b = 1 \cdot 0,25 \cdot 3,14 \cdot 9,8 \cdot 0,612^{2} \cdot 1 = 2,89\text{кН}/\text{м} .

Расчет на прочность при действии на трубопровод внешних нагрузок:

M_{\text{в}}' = 0,235(Q_{\text{гр}}^{\text{в}} + Q_{\text{тр}}^{\text{в}})r_{\text{ср}} = 0,235(33,08 + 15,07)0,317 = 3,58\text{кН}/\text{м} ;

M_{\text{в}}^{"} = 0,18(Q_{1} + Q_{2})r_{\text{ср}} = 0,18(1,54 + 2,89)0,317 = 0,25\text{кН}/\text{м} ;

M_{\text{г}} = - 0,125(Q_{\text{гр}}^{\text{г}} + Q_{\text{тр}}^{\text{г}})r_{\text{ср}} = - 0,125(4,65 + 2,30)0,317 = - 0,28\text{кН}/\text{м} ;

M = M_{\text{в}}' + M_{\text{в}}^{"} + M_{\text{г}} = 3,8 + 0,25 - 0,28 = 3,55\text{кН}/\text{м} .

Определение расчетной линейной приведенной эквивалентной нагрузки

Q_{\text{пр}}^{0} = \frac{M}{0,318r_{\text{ср}}} = \frac{3,55}{0,318 \cdot 0,317} = 35,2\text{кН}/\text{м} .

Определение коэффициента, учитывающего влияние отпора грунта

\xi = \frac{1}{1 + \frac{P_{\text{гр}}}{P_{\text{л}} + 0,143P_{\text{гр}}}} = \frac{1}{1 + \frac{0,275}{1,44 + 0,143 \cdot 0,275}} = 0,834 .

Определение предельной раздавливающей нагрузки трубы, уложенной в грунте

Q_{\text{г}}^{0} = \frac{mRh^{2}}{0,95\xi_{\text{а}}D_{\text{н}}} = \frac{300 \cdot 9,9^{2}}{0,95 \cdot 0,834 \cdot 630} = 58,9\text{кН}/\text{м} .

Для труб класса К-9 Q_{\text{г}}^{0} = 47,0\text{кН}/\text{м} .

Коэффициенты запаса прочности:

K_{0}' = \frac{58,9}{35,2} = 1,7 ; K_{0}^{"} = \frac{47,0}{35,2} = 1,33 .

Условие прочности соблюдается.

Расчет на прочность при действии грунтовых нагрузок, веса трубопровода, воды и образования в трубопроводе вакуума

Суммарный момент от действия этих нагрузок M = 2,28 + 0,25 - 0,18 = 2,35\text{кН } \cdot \text{м} , тогда расчетная приведенная нагрузка Q_{\text{пр}} равна 25,4\text{кН } \cdot \text{м} . Расчетная приведенная нагрузка от всех действующих сил (см. расчет выше) равна 35,2.

Определение коэффициента, учитывающего влияние отпора грунта при образовании в трубопроводе вакуума

\xi_{\text{а}} = \frac{1}{1 + \frac{P_{\text{гр}} - P_{\text{в}}}{P_{\text{л}} + 0,143P_{\text{гр}}}} = \frac{1}{1 + \frac{0,275 - 0,1}{1,34 + 0,143 \cdot 0,275}} = 0,79 ,

где P_{\text{в}} — величина вакуума в трубопроводе.

Определение предельной допустимой раздавливающей внешней нагрузки при образовании в трубопроводе вакуума

Q_{\text{пр}} = \frac{mRh^{2}}{\xi D_{\text{н}}} = \frac{1,0 \cdot 300 \cdot 9,9^{2}}{0,79 \cdot 0,63} = 61,18\text{кН}/\text{м} .

Условие прочности соблюдается: 61,18 > 32,5 кН/м, коэффициент запаса прочности K = \frac{61,18}{25,4} = 2,4 .

Расчеты показали, что трубы из ВЧШГ класса К-9 диаметром 635 мм удовлетворяют требованиям надежной работы подземного напорного трубопровода при образовании вакуума.

5.11 Расчет на устойчивость при воздействии на трубопровод внешних нагрузок

5.11.1. Критическое внешнее равномерное давление определяется следующим образом.

Из условия P_{\text{гр}} \leq \frac{P_{\text{л}}}{4} получаем, что P_{\text{гр}} = 0,275\text{МПа}<0,335\text{МПа} , тогда q_{\text{гр}} = P_{\text{л}} = 1,34\text{МПа} .

5.11.2. Определяем равномерно распределенное давление от действующей нагрузки с учетом q_{1} и без учета q_{2} воздействия транспортных нагрузок:

1. при действии на трубопровод внешних нагрузок:

q_{1} = \frac{Q_{\text{экв}}}{D_{\text{н}}} = \frac{35,2}{63,5} = 0,55\text{МПа} K_{0} = \frac{1,34}{0,55} = 2,43 ;

q_{2} = \frac{Q_{\text{экв}}}{D_{\text{н}}} = \frac{25,4}{63,5} = 0,40\text{МПа} K_{0} = \frac{1,34}{0,40} = 3,35 ;

2. при образовании в трубопроводе вакуума:

q_{1} = \frac{Q_{\text{экв}}}{D_{\text{н}}} + P_{\text{в}} = 0,55 + 0,1 = 0,65\text{МПа} K_{0} = 2,06 ;

q_{2} = \frac{Q_{\text{экв}}}{D_{\text{н}}} + P_{\text{в}} = 0,4 + 0,1 = 0,5\text{МПа} K_{0} = 2,68 .

Условиям устойчивости трубопровод удовлетворяет.

5.12 Расчет на жесткость (по деформации) при внешнем нагружении расчетной приведенной нагрузкой

5.12.1 Расчет допустимого прогиба для труб с цементно-песчаным покрытием в земле выполняется по условию

f = \frac{Q_{\text{пр}}}{4P_{\text{л}}} \xi \leq 0,03 \cdot 635 = 19,05\text{мм} ,

где f = \frac{35,2 \cdot 0,79}{4 \cdot 1,34} = 6,6\text{мм} ; P_{\text{л}} = 1,34\text{МПа} ; Q_{\text{пр}} = 35,2\text{кН}/\text{м} ; \xi = 0,79 ;

Коэффициент запаса прочности K_{0} равен 19,05/6,6 = 2,88.

Жесткость трубопровода достаточна при заданных условиях внешней приведенной нагрузки.

5.12.2. Расчеты показали, что при заданных параметрах внешней нагрузки трубы диаметром 600 мм класса К-9 полностью удовлетворяют требованиям по прочности, устойчивости и жесткости от воздействия внешних нагрузок.

5.12.3 Расчет трубопровода на комбинированную нагрузку производится для двух случаев:

незасыпанного трубопровода;

засыпанного трубопровода.

5.12.4. Значения допустимого внутреннего давления P_{\text{доп}} для труб класса К-9, определяемого по формуле (5.48), равны:

1. P_{\text{д}}'_{\text{оп}} = P^{0}(1 - \frac{Q_{\text{пр}}}{Q^{0}}) = 9,7(1 - \frac{35,2}{47,0}) = 2,42\text{МПа} ;

2. P_{\text{доп}}^{"} = P^{0}(1 - \frac{Q_{\text{пр}}}{Q^{0}}) = 9,7(1 - \frac{35,2}{58,79}) = 3,97\text{МПа} .

P_{\text{доп}} для труб диаметром 600 мм по данным таблицы 5.14 равно 3,6 МПа, заданное рабочее давление равно 1,6 МПа. Коэффициенты запаса прочности на внутреннее давление равны

K_{0}' = \frac{2,45}{1,6} = 1,5\text{и }K_{0}^{"} = \frac{3,97}{1,6} = 2,6 .

Коэффициенты запаса прочности при заданном рабочем давлении P_{\text{раб}} = 1,6\text{МПа} будут соответственно равны 2,01 и 2,90.

5.12.5. Значения испытательного давления P_{\text{и}} трубопровода, определяемые по СНиП 3.05.01, будут равны

P_{\text{и}} = 1,25P_{\text{раб}} = 1,25 \cdot 1,6 = 2,0\text{МПа} .

Значение P_{\text{и}} назначается расчетом для конкретного трубопровода.

5.12.6. Для расчетов рекомендуется использовать также график несущей способности труб незасыпанного трубопровода, приведенного на рисунке 5.6, который позволяет определить значения внешней приведенной нагрузки от заданных величин внутреннего давления и наоборот.

5.12.7. Предварительное испытательное давление в трубопроводе с рабочим давлением 1,6 МПа в соответствии с таблицей 5.14 должно быть равно 2,0 МПа, приемочное давление P_{\text{г}} = P_{\text{и}} + 0,5 = 2,5\text{МПа} .

Величина допустимого давления из условия прочности в трубопроводе при Q_{\text{пр}} = 35,2\text{кН}/\text{м} для трубы класса К-9 равна 2,5 МПа (по графику 5.6); P_{\text{и}} = 4,5 ; P_{\text{г}} = 5,0\text{МПа} .

5.12.8. Расчеты показали, что труба класса К-9 диаметром 600 мм удовлетворяет всем прочностным требованиям, предъявляемым к незасыпанному и засыпанному трубопроводам, при рабочем давлении 1,6 МПа.

5.12.9. Методика расчета, изложенная в разделе 5, позволяет выбрать оптимальное рабочее и испытательное давления в зависимости от внешних нагрузок для всех диаметров и классов труб, приведенных в Приложении А.

5.12.10. Конструкции труб и соединительных частей, приведенные в Приложении Б, соответствуют основным требованиям ГОСТ Р ИСО 2531.

5.13 Параметры, влияющие на коррозионную агрессивность грунтов по отношению к трубам из ВЧШГ

5.13.1. Согласно ГОСТ Р ИСО 2531 на коррозионную агрессивность грунтов по отношению к трубам из ВЧШГ влияют следующие параметры и обстоятельства: удельное электрическое сопротивление грунтов; pH; наличие грунтовых вод на уровне трубы; наличие коррозионных элементов из-за связи с наружными металлическими конструкциями; заражение почвы сточными водами или отходами; воздействие блуждающих токов.

5.13.2 Критериями опасности коррозии труб из ВЧШГ могут служить:

величина удельного электрического сопротивления грунта p меньше 30\text{Ом } \cdot \text{м} ;

величина pH меньше 6;

загрязнение городскими и производственными сточными водами, а также органическими веществами, поступившими с промышленными выбросами;

наличие коррозионных элементов из-за связи с наружными металлическими конструкциями, способствующими появлению макропар.

5.13.3. Важнейшим из перечисленных в 5.13.1 критериев опасности коррозии труб из ВЧШГ является величина удельного электросопротивления грунта. Фактически она определяет все другие факторы, способствующие коррозии.

5.13.4. Методика определения удельного электрического сопротивления грунта p принимается в соответствии с ГОСТ 9.602.

5.13.5. Критерием опасного влияния блуждающего постоянного тока на трубопровод из ВЧШГ является наличие изменяющегося по знаку и значению смещения потенциала сооружения по отношению к его стационарному потенциалу (знакопеременная зона) или наличие только положительного смещения потенциала, как правило, изменяющегося по значению (анодная зона).

5.13.6. Методика определения опасного влияния блуждающего постоянного тока принимается в соответствии с ГОСТ 9.602 и РД 153-39.4-091 [10].

5.13.7. Критерием опасного влияния переменного тока промышленной частоты (блуждающего или индуцированного) на трубопроводы из ВЧШГ является смещение среднего значения потенциала трубопровода в отрицательную сторону не менее чем на 10 мВ по отношению к стационарному потенциалу или наличие переменного тока плотностью более 1 мА/см2 (10 А/м2) на вспомогательном электроде.

5.13.8. Методика определения опасного влияния переменного тока принимается в соответствии с ГОСТ 9.602 и РД 153-39.4-091 [10].

5.13.9. Опасное влияние постоянного блуждающего и переменного токов следует оценивать для трубопроводов из ВЧШГ только в том случае, когда соединения труб обеспечивают непрерывную электрическую связь по металлу (сварные или фланцевые соединения). При раструбном соединении труб из ВЧШГ через изолирующие уплотнительные резиновые кольца или прокладки, устанавливаемые на расстоянии не более чем через 6 м, непрерывность цепи по металлу нарушается и опасность действия блуждающих токов значительно уменьшается, что создает условия, исключающие необходимость применения специальных мер по защите трубопроводов от влияния блуждающих токов.

5.14 Защитные покрытия для труб из ВЧШГ и требования к ним

5.14.1. Для защиты от коррозии подземных трубопроводов из ВЧШГ в зависимости от условий эксплуатации (коррозионной агрессивности грунтов и наличия блуждающих токов) используются:

защитные покрытия (как изоляционные, так и протекторного типа);

электрохимическая защита;

специальная постель под трубопровод и засыпка грунтом, как правило, песком в целях снижения коррозионной агрессивности грунта.

5.14.2. Согласно ГОСТ Р ИСО 2531 в зависимости от внешних условий эксплуатации трубопроводов из ВЧШГ и с учетом действующих национальных стандартов могут использоваться защитные наружные покрытия из следующих материалов:

металлический цинк с защитным слоем;

обогащенная цинком (цинконаполненная) краска с защитным слоем;

утолщенное покрытие из металлического цинка с защитным слоем;

полиуретан;

полиэтилен;

фиброцементный раствор;

липкие полимерные ленты;

битумная краска;

эпоксидная смола.

5.14.3. Наружные покрытия распространяются также на фитинги и вспомогательную арматуру.

5.14.4 Для защиты трубопроводов из ВЧШГ наибольшее распространение получили следующие внешние защитные покрытия:

стандартные (металлический цинк + битумная краска);

с дополнительной защитой (металлический цинк + битумная краска + надеваемый при прокладке полиэтиленовый рукав согласно рисунку 5.7 и таблице 5.16).

Рисунок 5.7. Полиэтиленовый рукав для труб

Таблица 5.16

Размеры полиэтиленового рукава

5.14.5. Стандартное цинковое покрытие является активным вследствие гальванического взаимодействия пары цинк — чугун. При этом механизм защиты имеет двойной эффект: при контакте с грунтом формируется плотный, сплошной и липкий защитный слой из нерастворимых солей цинка; в случае локального повреждения защитного покрытия происходит автоматическое восстановление его целостности (за счет поступления ионов Zn^{2 +} из близлежащих неповрежденных участков к поврежденному с образованием впоследствии нерастворимых солей цинка).

5.14.6. Покрытие из металлического цинка должно наноситься на сухую поверхность трубы, на которой не должно быть следов ржавчины, посторонних веществ и загрязнений, препятствующих адгезии покрытия, из расчета не менее 130 г/м2 (на отдельных участках допускается не менее 110 г/м2).

5.14.7. Для защиты труб, работающих в условиях очень высокой коррозионной агрессивности грунта, могут использоваться дополнительные средства защиты (покрытие полиуретаном, экструдированным полиэтиленом).

5.14.8. В качестве дополнительного средства защиты от коррозионной агрессивности грунта рекомендуется использовать защитную (или противокоррозионную) постель, т.е. равномерно прилегающий со всех сторон к наружной части трубопровода слой неагрессивного грунта (песка или местного грунта, освобожденного от камней).

5.15 Устройство электрохимической защиты трубопроводов

5.15.1. Электрохимическая защита (ЭХЗ) от коррозии проложенных в земле трубопроводов из ВЧШГ с соединениями, обеспечивающими непрерывную электрическую связь по металлу, должна производиться в грунтах высокой коррозионной агрессивности (p<15\text{Ом } \cdot \text{м}) и (или) при опасном действии постоянного блуждающего и переменного токов промышленной частоты.

5.15.2. При решении вопроса о целесообразности защиты от коррозии труб ВЧШГ при опасном действии блуждающих токов следует различать два случая:

трубы изолированы одна от другой;

имеется металлическая связь между трубами.

5.15.3. В случае надежной изоляции стыков труб ЭХЗ трубопровода в зоне влияния блуждающих токов не требуется; отказ от ЭХЗ может быть обоснован малой вероятностью опасного действия коррозионных макропар от контакта с посторонним катодом или коррозии под действием блуждающего тока (например, в трубопроводах из ВЧШГ, смонтированных из труб длиной 6 м с резиновыми уплотнительными манжетами между ними).

5.15.4. Применение ЭХЗ обязательно в тех случаях, когда имеется металлическая связь между трубами (фланцевые и сварные соединения) и трубопровод из ВЧШГ находится в зоне опасного действия блуждающих токов.

5.15.5. Для выбора типа ЭХЗ трубопроводов из ВЧШГ рекомендуется руководствоваться ГОСТ 9.602 с учетом особенностей труб из ВЧШГ.

5.15.6. В качестве противокоррозионной защиты трубопроводов из ВЧШГ могут применяться следующие покрытия (таблица 5.17).

Таблица 5.17

Противокоррозионная защита труб из ВЧШГ

5.15.7. Независимо от величины электросопротивления грунта применение полиэтиленового рукава дополнительно к внешнему цинковому и битумному покрытиям рекомендуется в следующих условиях:

искусственные грунты, содержащие булыжники, клинкер или промышленные отходы (часто встречающиеся в населенных и промышленных районах);

торфяные почвы;

почвы, загрязненные промышленными, сельскохозяйственными отходами или канализацией и т.д.;

почвы, содержащие отходы горного производства;

почвы, подверженные влиянию блуждающих токов (железные дороги, промышленное оборудование, использующее постоянное напряжение, близость катодно-защищенных структур с поврежденным изолирующим покрытием).

5.16 Прокладка трубопроводов

Упаковка, маркировка, транспортирование труб и их хранение

5.16.1. Упаковка, транспортирование, оформление документации и хранение труб должны производиться в соответствии с требованиями ГОСТ 10692.

5.16.2. Трубы и соединительные части из ВЧШГ допускается перевозить в любых транспортных средствах в закрепленном состоянии, препятствующем их перемещению. При перевозке труб автотранспортом длина свисающих концов не должна превышать 25% длины трубы.

5.16.3. Трубы D_{\text{у}}80 - 300\text{мм} транспортируются в пакетах. Число труб в пакетах регламентируется документацией завода-изготовителя. Трубы D_{\text{у}}350 - 1000\text{мм} транспортируются без пакетов. На гладкие концы и в раструбы труб всех диаметров устанавливаются пластмассовые заглушки.

5.16.4. При погрузке и разгрузке труб необходимо всегда использовать мягкие текстильные стропы. Если используется подъемный кран с крюковыми грузозахватными приспособлениями, то их крюки должны быть широкими, с покрытием амортизирующей резиновой прокладкой. Зацепление должно производиться за гладкий конец и раструб.

5.16.5. Для труб большого диаметра в целях защиты цементно-песчаного покрытия от повреждения под крюки грузозахватных приспособлений подъемного крана следует подкладывать башмак, имеющий форму внутренней части трубы.

5.16.6. При погрузке и разгрузке пакетированных труб нельзя цеплять пакет крюками за стальные упаковочные ленты, гладкие концы или раструбы отдельных труб. Необходимо использовать схемы строповки, обеспечивающие захват всего пакета.

5.16.7. Хранение труб на складах и строительных площадках производится в транспортных пакетах или без пакетов в специально оборудованных штабелях.

5.16.8. Пакеты труб могут быть сложены в штабель, на брусьях размером 80 x 80 x 2600 мм, по три или четыре пакета в каждом ряду. Каждый последующий ярус пакетов отделяется от предыдущего брусьями, толщина которых немного больше, чем численное значение разницы диаметров раструба и цилиндра трубы (s > D — DE). Общая высота штабеля не должна превышать 2,5 м. Периодически необходимо проверять состояние пакетов, а также общую стабильность штабеля. Перед монтажом стальные упаковочные ленты на пакетах должны быть срезаны листовыми ножницами для металла или боковым резаком.

5.16.9. Штабелирование непакетированных труб должно производиться на ровных прочных основаниях. Ряды труб в штабеле должны быть уложены на деревянные прокладки шириной порядка 100 мм на расстоянии 1000 мм от раструба и гладкого конца трубы. При этом необходимо предусматривать боковые опоры, предотвращающие самопроизвольное раскатывание труб. Не допускается соударять трубы друг о друга, сбрасывать с транспортных средств, перетаскивать волоком или перекатывать. Во избежание повреждения покрытия и загрязнения труб деревянные прокладки должны присутствовать на протяжении всего срока хранения. Рекомендуется следующее число рядов труб в штабеле:

<1> DN — условный диаметр по ГОСТ Р ИСО 2531.

5.16.10. Торцы труб всех диаметров с внутренним цементно-песчаным покрытием, предназначенных к использованию в питьевых водопроводах, должны быть закрыты пластмассовыми заглушками во избежание загрязнения внутреннего покрытия. Заглушки не должны сниматься с труб до момента сборки соединений при укладке трубопровода. Соединительные части должны храниться рассортированными по виду и диаметрам. Стопоры под соединение «RJ» хранятся в открытой таре, рассортированные по диаметрам.

5.16.11. Резиновые уплотнительные кольца должны храниться в закрытых помещениях в условиях, исключающих их деформацию и повреждения, при температуре от 0 до 35 °C, на расстоянии не менее 1 м от отопительных приборов, а также не подвергаться воздействию прямых солнечных лучей и веществ, разрушающих резину.

5.16.12. В летнее время трубы из ВЧШГ с нанесенным цементно-песчаным покрытием должны храниться в местах, исключающих попадание прямых солнечных лучей, или быть защищены специальным укрытием.

Земляные работы

5.16.13. Земляные работы по планировке трассы, разработке, засыпке и приемке траншей при строительстве трубопроводов следует производить в соответствии с требованиями СНиП 3.05.04.

5.16.14. Перед разработкой траншеи следует произвести разбивку ее оси. Приямки для монтажа и заделки стыковых соединений труб диаметром до 300 мм следует отрывать перед укладкой каждой трубы на место. Расстояние между приямками устанавливается в зависимости от длины укладываемых труб. Приямки для труб диаметром более 300 мм допускается отрывать за 1 — 2 дня до укладки труб в траншею с учетом фактической длины труб и расстояния между стыками.

5.16.15. Методы разработки траншеи обусловливаются диаметром трубопровода, геотехническими характеристиками грунтов, рельефом местности, технико-экономическими показателями технических средств, аналогично как для традиционных трубопроводов, например стальных.

5.16.16. Грунт, вынутый из траншеи, следует укладывать в отвал с одной (левой по направлению работ) стороны траншеи на расстоянии не ближе 0,5 м от края, оставляя другую сторону свободной для передвижения и производства прочих работ.

Монтаж трубопроводов и фасонных частей в грунте

5.16.17. Трубопроводы из ВЧШГ прокладывают преимущественно в грунте путем реализации траншейной и бестраншейной технологий, а также в коллекторах (каналах). Для прокладки трубопроводов в грунте следует применять соединительные части, конструкции которых приведены в Приложении Б.

5.16.18. При прокладке трубопроводов из ВЧШГ в грунте должен соблюдаться технологический регламент, включающий подготовительные, вспомогательные и основные работы, состав и очередность которых должны увязываться с конкретными условиями.

5.16.19. Уплотнение при стыковке труб под соединения «TYTON», «RJ» осуществляется с помощью резинового кольца на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ (EPDM) за счет радиального сжатия его в кольцевом пазе раструба.

5.16.20. Для определения границ монтажа гладкого конца трубы в раструб на трубы под соединение «TYTON» наносится специальная метка (рисунок 5.8). На трубы под соединение «RJ» специальная метка не наносится.

Рисунок 5.8. Нанесение меток. Метка y равна глубине раструба, а x = y — 10 мм, для всех диаметров труб

5.16.21. Наружную поверхность гладкого конца трубы (особенно фаску) до специальной метки покрывают смазкой, поставляемой предприятием — изготовителем труб.

5.16.22. Внутренняя поверхность раструба трубы (особенно паз для уплотнительного резинового кольца) очищается от посторонних предметов и загрязнений с помощью щетки и скребка. В кольцевой паз раструба вкладывают уплотнительное резиновое кольцо с проверкой правильности размещения его гребня.

5.16.23. Внутренняя поверхность уплотнительного резинового кольца покрывается смазкой. Следует избегать стекания смазки под наружную поверхность уплотнительного резинового кольца.

5.16.24. Монтируемая труба подается к ранее уложенной трубе, центрируется по конусной поверхности уплотнительного резинового кольца и с помощью монтажного приспособления или ломика (при малом диаметре труб) вводится в раструб до специальной метки.

5.16.25. При снятии усилия монтажного приспособления гладкий конец смонтированной трубы должен войти в раструб на расстояние не менее величины x и не более величины y, указанных на рисунке 5.8. Расстояние от торца раструба до торца резинового кольца должно быть одинаковым по всему периметру. Правильность установки уплотнительного резинового кольца в раструб проверяется специальным щупом. Неравномерное расстояние свидетельствует о выталкивании кольца из паза раструба, и монтаж следует повторить, так как этот стык при гидроиспытании даст течь.

5.16.26 При монтаже труб под соединение «RJ» после их стыковки необходимо:

вставить правый стопор в выемку раструба и продвинуть его вправо до упора;

вставить левый стопор (со стопорной проволокой) в выемку раструба и продвинуть его влево до упора;

вогнуть стопорную проволоку внутрь выемки раструба.

Уложенный трубопровод с соединением «RJ» имеет возможность осевого удлинения в каждом стыке за счет технологического зазора между наплавленным валиком и приливом в раструбной части трубы.

При требовании абсолютно исключить удлинение необходимо растягивать трубопровод при прокладке по участкам с помощью канатной тяги.

5.16.27. При использовании на монтаже трубопровода труб немерной длины (менее 6 м) их гладкие концы необходимо предварительно отрезать до требуемого размера. Для гарантированной стыковки труб после отрезки рекомендуется укорачивать на длину до 2/3 только калиброванные трубы со специальной маркировкой (рисунок 5.9), которая указывает на максимально возможную длину отрезания.

Рисунок 5.9. Маркировка для калиброванных труб

Примечание. Для резки можно использовать дисковую фрезу, а также роликовые резаки. После отреза необходимо с помощью напильника или шлифовальной машины зачистить гладкий конец трубы и снять фаску, чтобы избежать повреждения уплотнительного кольца при монтаже труб. Для соединения «RJ» на гладком конце необходимо приварить кольцевой упор. Приварка осуществляется с применением никель-чугунных электродов.

5.16.28. Уложенные трубы, при необходимости, можно разъединить. Трубы вытягивают с помощью реечного домкрата и составной обоймы. Для разъединения труб под соединение «RJ» необходимо предварительно удалить стопоры. В случае повторного соединения труб следует использовать новое уплотнительное резиновое кольцо.

5.16.29. Монтаж трубопровода следует производить методом последовательного наращивания из одиночных труб непосредственно в проектном положении трубопровода (на дне траншеи).

5.16.30. Монтаж труб малого диаметра (80 — 100) мм осуществляется с помощью лома и деревянного бруса, диаметрами 125 — 150 мм с помощью петли и вильчатой штанги, для труб диаметрами до 300 мм — с помощью двух замковых штанг и тросовой лебедки. Монтаж труб диаметрами от 400 до 1000 мм производится при помощи любых приспособлений с тяговыми усилиями 90 — 100 кН и выше.

5.16.31. Монтаж офланцованных соединительных частей и арматуры на водопроводах из чугунных труб выполняется в камерах переключения (колодцах) в соответствии со сложившейся практикой. Расположение фланцевых соединений непосредственно в грунте должно сопровождаться их обязательной защитой от коррозии.

5.16.32. Засыпка трубопроводов должна осуществляться в два приема — частичная засыпка до предварительного испытания и окончательная засыпка после предварительного гидравлического испытания. Частичная засыпка трубопровода производится для предотвращения перемещения труб под воздействием давления во время предварительного гидравлического испытания.

5.16.33. Частичная засыпка трубопроводов проводится вынутым или привозным грунтом, который должен соответствовать требованиям раздела 4 СП 45.13330.2012.

Засыпка проводится в следующем порядке: предварительно проводятся подбивка пазух и частичная засыпка труб грунтом с содержанием включений камней и валунов размером не более 0,25 диаметра труб на высоту 0,2 м над верхом трубы. Во время засыпки проводится равномерное послойное уплотнение грунта с обеих сторон трубы до проектной плотности. Приямки и стыки труб должны быть открыты.

(п. 5.16.33 в ред. Изменения № 2, утв. Приказом Минстроя России от 07.11.2016 № 775/пр)

5.16.34. Окончательная засыпка трубопровода проводится ранее вынутым из траншеи грунтом после предварительного испытания трубопроводов. Предварительно присыпаются приямки и стыки с тщательным уплотнением грунта.

(п. 5.16.34 в ред. Изменения № 2, утв. Приказом Минстроя России от 07.11.2016 № 775/пр)

5.16.35. При прокладке трубопроводов в грунте при минусовых температурах непосредственно перед монтажом труб уплотнительные кольца должны быть выдержаны при температуре плюс 20 +/- 5 °C в течение 24 ч.

Требования безопасности

5.16.36. При производстве работ необходимо соблюдать требования СНиП 12.04, включая изменения, касающиеся погрузочно-разгрузочных, земляных работ, гидравлических и пневматических испытаний (в части установления опасных зон).

5.16.37. Складирование чугунных труб, соединительных частей из ВЧШГ, железобетонных плит, строительных изделий и материалов для устройства колодцев и упоров должно осуществляться согласно соответствующим пунктам настоящего СП, а также с учетом требований разделов соответствующих технических условий и других норм на них.

5.16.38. Манипуляции при погрузке и разгрузке труб, соединительных частей, железобетонных плит и других строительных изделий должны производиться с использованием инвентарных грузозахватных приспособлений (стропов, мягких полотенец, траверс, захватов и т.п.) с учетом применяемых подъемно-транспортных механизмов. При перемещении грунта, труб, железобетонных плит и т.п. работники должны находиться в безопасной зоне проведения работ.

5.16.39. Работа на любых строительных машинах должна производиться лицами, имеющими на это специальное разрешение, и только в соответствии с проектом производства работ. Использовать в работе разрешается только исправные машины, инструменты, приспособления и средства малой механизации, что должно проверяться в установленном порядке с указанием сроков, оговоренных в техпаспортах.

5.16.40. Все рабочие перед тем как приступить к работе, должны пройти полный инструктаж по технике безопасности (вводный, первичный, повторный, внеплановый и текущий).

5.16.41. При проведении гидравлических испытаний трубопроводов давление следует поднимать постепенно. Запрещается находиться перед заглушками, в зоне временных и постоянных упоров.

5.16.42. При проведении испытаний трубопроводов участники всех видов работ должны находиться на безопасном расстоянии от возможного места разрушения труб, раструбов и т.п., обнаруженные дефекты можно устранять только после снятия давления.

5.17 Охрана окружающей среды

5.17.1. Трубы и фасонные части из ВЧШГ взрывобезопасны, нетоксичны, электробезопасны и радиационно безопасны. Специальных мер безопасности в течение всего срока службы труб и фасонных частей не требуется. Меры по охране окружающей среды должны соответствовать требованиям СНиП 3.05.03 и настоящего СП.

5.17.2. Без согласования с соответствующей организацией не допускается производить прокладку надземных трубопроводов на расстояниях менее 2 м от стволов деревьев и 1 м от кустарников. Запрещается перемещение грузов кранами на расстоянии ближе 0,5 м от крон или стволов деревьев. Не допускается складирование труб и других изделий на расстоянии менее 2 м от стволов деревьев без временных ограждающих или защитных устройств вокруг них.

5.17.3. Промывку трубопроводов следует выполнять с повторным использованием воды. Слив воды из трубопроводов после проведения испытаний, промывки (дезинфекции) производить способами, безопасными для окружающей среды, после очистки (отстаивания) в места, предусмотренные проектом.

5.17.4. Территория по завершении строительства трубопроводной сети должна быть очищена и восстановлена согласно проекту. Временно занимаемые земли подлежат рекультивации.

5.17.5. Отходы труб из ВЧШГ следует использовать для дальнейшей переработки. Отходы железобетонных изделий следует вывозить на заводы для переработки или на захоронение в места, согласованные с органами Госсанэпиднадзора. Непригодные для вторичной переработки отходы подлежат утилизации в соответствии с санитарными правилами и нормами, предусматривающими порядок накопления, транспортирования, обезвреживания и захоронения промышленных отходов. Организации, в результате деятельности которых образуются и которым передаются отходы 1 — 4-го классов опасности, должны иметь лицензии на деятельность по сбору, использованию, обезвреживанию, транспортированию, размещению опасных отходов.

5.18 Испытания трубопроводов

5.18.1. Испытания трубопроводов водоснабжения и напорной канализации, смонтированных из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, должны проводиться в соответствии с проектом и с учетом требований СП 31.13330 и СНиП 3.05.04 с использованием типовых технологических процессов и испытательного оборудования, аналогичного тому, какое применяется при гидравлическом (пневматическом) испытании напорных трубопроводов из других материалов (приложение 2).

Допустимое гидравлическое рабочее и испытательное давление принимается по таблицам 5.14, 5.15.

5.18.2. Перед проведением испытаний трубопровода необходимо в местах поворотов, тупиках установить железобетонные упоры, предотвращающие перемещения труб от воздействия давления воды.

5.18.3. Площадь упоров определяется в зависимости от осевых усилий, действующих вдоль оси трубопровода, и прочности грунтов.

Для упора, установленного на повороте трубопровода, эти усилия равны

N_{n} = 0,5\pi D_{\text{ср}}Psin \frac{\alpha}{2} , (5.52)

где P — давление воды, МПа;

D_{\text{ср}} — срединный диаметр трубы, м;

\alpha — угол поворота трубопровода.

5.18.4. Расчет упоров рекомендуется выполнять в соответствии с рекомендациями [16].

5.18.5. Для практического использования возможен расчет по номограммам, приведенным на рисунке 5.10.

Рисунок 5.10. Номограмма для выбора опорной площади упоров F на напорном трубопроводе условным диаметром D_{\text{у}} из труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом с раструбными соединениями, находящемся под внутренним давлением P, при угле поворота трассы \alpha с опорой на грунт, прочностью G (N и Q — промежуточные шкалы)

5.18.6. Конструкцию упоров рекомендуется выбирать по материалам [17].

5.18.7. При производстве работ по устройству упоров следует соблюдать требования, изложенные в СНиП 3.05.04 и пособии [18].

5.18.8. Проведение гидравлических испытаний трубопроводов допускается после достижения бетоном упоров прочности не менее проектной. Засыпка упоров и примыкающих к ним участков труб должна производиться слоями 15 — 20 см с увлажнением и тщательным уплотнением. Степень уплотнения грунта должна быть повышенной.

6. Проектирование и строительство трубопроводов из ВЧШГ для надземной прокладки напорных трубопроводов диаметрами 80 — 500 мм

6.1 Общие положения

6.1.1. Расчет надземных трубопроводов из ВЧШГ производится на воздействие внутреннего давления, поперечный изгиб от собственного веса, веса транспортируемого продукта, снега, возможного обледенения, давления ветра.

6.1.2. При расчете раструбных труб на поперечный изгиб и осевое растяжение за расчетное сопротивление принимается величина R_{2} = 300\text{МПа} , равная пределу упругости на растяжение. Предельным состоянием считается достижение в металле труб напряжений, равных пределу упругости.

6.1.3. Нагрузки, подлежащие учету при расчете на изгиб надземных трубопроводов, и значения соответствующих коэффициентов перегрузки приведены в таблице 6.1. Сочетания нагрузок и воздействий должны приниматься в наиболее невыгодных комбинациях для трубопровода и отдельных элементов конструкции.

Таблица 6.1

Виды нагрузок и значения коэффициентов перегрузки при расчете надземных трубопроводов по [5], [6], [7]

6.1.4. Основные сочетания нагрузок состоят из собственного веса, веса транспортируемой воды, продольных усилий от внутреннего давления. Дополнительные сочетания состоят из нагрузок, входящих в основное сочетание, с добавлением нагрузки от обледенения и ветровой или снеговой нагрузки с умножением расчетных нагрузок (кроме собственного веса и веса воды) на коэффициент 0,9.

6.1.5. Сочетание нагрузок с учетом монтажных нагрузок при расчете от обледенения и снега является дополнительным. Вес труб с внутренним цементно-песчаным покрытием (ЦПП) принимается по Приложению А. Вес воды принимается равным внутреннему объему трубы, умноженному на плотность воды.

6.1.6. Расчетные нагрузки от воздействия ветра в горизонтальной плоскости для одиночной трубы перпендикулярно ее оси, от снеговой нагрузки и обледенения трубы при диаметрах до 1400 мм не учитываются в расчетах [7].

6.1.7. Нагрузки от теплоизоляции определяются в соответствии с СП 61.13330.

6.1.8. Основными расчетными нагрузками раструбных труб из ВЧШГ принимаются: внутреннее давление наполнителя, собственный вес трубы и вес воды, осевые нагрузки от воздействия внутреннего гидравлического давления.

6.1.9. Основное сочетание нагрузок — одновременное воздействие внешних нагрузок от веса трубы и воды и внутреннего гидравлического давления.

6.1.10. Рассматриваются раструбные трубы с соединениями «RJ», воспринимающие осевые нагрузки от воздействия внутреннего давления.

6.1.11. За расчетные значения внутреннего гидростатического давления в качестве примеров приняты величины 0,6; 1,0; 1,6 МПа.

6.2 Основные положения расчета на прочность труб из ВЧШГ для надземной прокладки

Рассматривается основной вариант расчетной схемы на опорах — трубопровод из отдельных раструбных труб из ВЧШГ.

Расчетная схема представлена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1. Расчетная схема трубопровода из раструбных труб на внешнюю распределенную нагрузку; N — горизонтальная нагрузка от внутреннего давления и сил трения на опорах

Изгибающий момент M,\text{кН } \cdot \text{м} , определяется по формуле

M = - \frac{ql^{2}}{8} , (6.1)

где M_{1} = M_{2} = M — моменты в середине пролета l от действия распределенной нагрузки q;

A_{1} = A_{3} = \frac{ql}{2} — реакция на опорах A_{0} и A_{3} ;

A_{1} = A_{2} = ql — реакция на опорах A_{1} и A_{2} ;

q = \frac{Q_{1} + Q_{2}}{2} ,

где Q_{1} — вес трубы длиной l, м;

Q_{2} — вес воды в трубе;

M_{1}^{0} - M_{4}^{0} — изгибающие моменты на опору от воздействия опорных реакций, \text{кН } \cdot \text{м} .

6.2.1. Для определения напряжений изгиба \sigma_{1} в раструбном трубопроводе отдельная труба рассматривается как разрезная балка кольцевого поперечного сечения, в которой возникает изгибающий момент M.

6.2.2 Напряжения в стенке трубы от поперечного момента будут

\sigma_{1max} = \frac{M_{\text{п}}}{W} , (6.2)

где W = \pi r_{\text{ср}}^{2}h — момент сопротивления, м3.

6.3 Расчет раструбных труб на поперечный изгиб

6.3.1. Основными расчетными нагрузками являются собственный вес трубы и вес воды. Линейные нагрузки q, кН/м, для каждого диаметра приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2

Нагрузки от труб класса К-9 диаметрами 80 — 500 мм длиной 6 м

6.3.2. Величины напряжений изгиба рассчитываются по формуле (6.2), а прогибы трубы f в середине пролета — по формуле

f = \frac{ql^{4}}{76EI} , (6.3)

где q — линейная нагрузка, кН/м;

l — пролет трубчатой балки, м;

E — модуль упругости, равный 1,7 \cdot 10^{5}\text{МПа} ;

I — момент инерции сечения, см4; I = \pi r_{\text{ср}}^{3}h .

В таблице 6.3 приведены расчетные данные, а также коэффициент запаса прочности K = \frac{R_{\text{р}}}{\sigma_{\text{из}}} при поперечном изгибе, где R_{\text{р}} = 300\text{МПа} .

Таблица 6.3

Поперечный изгиб \sigma_{\text{из}} и прогиб f раструбных труб в середине пролета l = 6 м от воздействия приведенной линейной нагрузки q

6.3.3. Как видно из таблицы 6.3, величины напряжений поперечного изгиба \sigma_{\text{из}} и прогиба трубчатой балки f для труб диаметрами 80 — 500 мм незначительны и в расчетах труб на поперечный изгиб трубчатой балки могут не учитываться.

6.3.4 От воздействия внутреннего давления в стенке трубы возникают кольцевые напряжения, определяемые по формуле

\sigma_{\text{р}} = \frac{P_{0}D_{0}}{2h} , (6.4)

где P_{0} — внутреннее давление воды, МПа;

D_{0} — внутренний диаметр трубы, см;

h — толщина стенки трубы, см.

6.3.5. Кроме напряжений поперечного изгиба и окружных нормальных напряжений от внутреннего давления в трубе возникают еще окружные нормальные напряжения от поперечных моментов M_{0} на опорах.

6.3.6. На рисунке 6.2 показана расчетная схема трубопровода на отдельных опорах, которые его обхватывают снизу на протяжении дуги с центральным углом 2\alpha . Расстояние между опорами равно l, а ширина опор в направлении вдоль оси трубопровода равна a.

Рисунок 6.2. Трубопровод на отдельных опорах

Суммарную нагрузку на единицу длины трубы обозначим через Q = Q_{\text{тр}} + Q_{\text{в}} , где Q_{\text{тр}} — вес трубы, Q_{\text{в}} — вес воды.

Изгибающие моменты на опорах от воздействия нагрузки Q в характерных сечениях кольца выражаются формулами [1]:

(6.5)

где Q — суммарная нагрузка на опору, кН;

r — срединный радиус трубы, см.

Эпюра изгибающих моментов от воздействия силы Q при опирании трубы на плоскость приведена в таблице 6.4.

Таблица 6.4

Значения коэффициентов \overline{M} и \overline{N} для различных нагрузок, действующих на трубопровод круглого сечения, опертый на нижнюю образующую [1]

Нагрузка	Схема нагружения	Коэффициент
		\overline{M_{\text{А}}}	\overline{M_{\text{Б}}}	\overline{M_{\text{В}}}	\overline{N_{\text{А}}}	\overline{N_{\text{Б}}}	\overline{N_{\text{В}}}
Собственный вес трубопровода		0,239	-0,091	0,08	-0,08	-0,25	0,08
Вес жидкости при наполнении трубопровода		0,239	-0,091	0,08	0,398	0,069	0,239
Сосредоточенная		0,318	-0,182	0,318	0	-0,5	0

6.3.7. Моменты от опорных реакций на опорах определяются из таблицы 6.5 в зависимости от коэффициентов \overline{M} при опирании трубы на плоскость и спрофилированные фундаментные бетонные опоры с углом охвата трубы 2\alpha = 0^{\circ} - 120^{\circ} .

Таблица 6.5

Значения коэффициентов \overline{M} и \overline{N} для опорных реакций трубопровода на фундаменте [1], [5], [6]

Схема нагружения	Центральный угол 2\alpha , град.	Коэффициент
		\overline{M_{\text{А}}}	\overline{M_{\text{Б}}}	\overline{M_{\text{В}}}	\overline{M_{\text{Д}}}	\overline{N_{\text{А}}}	\overline{N_{\text{Б}}}	\overline{N_{\text{В}}}
С отрывом от фундамента	0	0	0	0	0	0	0	0
	30	-0,113	0,005	-0,005	0,01	0,1	0	-0,01
	60	-0,19	0,02	-0,019	0,04	0,4	0	-0,04
	90	-0,232	0,012	-0,038	0,098	0,08	0	-0,08
	120	-0,240	0,065	-0,055	0,124	0,119	0	-0,119
	150	-0,25	0,083	-0,066	0,127	0,149	0	-0,149
	180	-0,25	0,091	-0,066	0,091	0,159	0	-0,159
Без отрыва от фундамента	0	0	0	0	-	0	0	0
	30	-0,052	0,002	0,012	-	-0,075	0	0,009
	60	-0,119	0,008	0,01	-	-0,137	0	-0,001
	90	-0,16	0,016	-0,003	-	-0,176	0	-0,018
	120	-0,179	0,027	-0,019	-	-0,205	0	-0,046
	150	-0,19	0,036	-0,03	-	-0,226	0	-0,066
	180	-0,195	0,043	-0,036	-	-0,239	0	-0,079

6.3.8. Расчетные изгибающие моменты на опорах определяются алгебраическим сложением моментов от внешних нагрузок и опорных реакций без отрыва трубы от фундамента.

Изгибающий момент в точке А равен:

(6.6)

В случае необходимости расчета труб с отрывом от фундамента используется верхняя часть таблицы 6.5.

6.3.9. Для расчета напряжений изгиба от моментов M_{\text{А}} используется ширина опоры a, которую принимают равной 0,5D_{\text{н}} .

Для определения напряжений изгиба длина участка стенки трубопровода, вводимая в расчет над опорой [1], равна

b = a + 1,664 \sqrt{rh} . (6.7)

6.3.10 Величины изгибающих напряжений от воздействия M_{\text{А}}^{0} определяются по формуле

\sigma_{\text{и}} = \frac{M}{W} ,\text{где}W = \frac{bh^{2}}{6} . (6.8)

6.3.11. Для удобства пользования СП в таблицах 6.6 - 6.9 приведены результаты расчетов моментов над опорами, напряжений от воздействия внутреннего давления, напряжений изгиба на опорах от поперечных моментов, суммарного напряжения от комбинированной нагрузки и коэффициенты запаса прочности трубы от воздействия этих нагрузок.

Таблица 6.6

Напряжения в лотке раструбных труб от совместного воздействия моментов на опорах и внутреннего давления

Таблица 6.7

Коэффициент запаса прочности раструбных труб при комбинированной нагрузке K = \sigma_{\text{р}}^{0} + \sigma_{\text{р}}^{\text{и}}/R_{\text{р}} на опорах

Таблица 6.8

Напряжения \sigma_{\text{р}}^{0} в стенках труб класса К-9 от воздействия внутреннего давления

Таблица 6.9

Напряжения изгиба \sigma_{\text{р}}^{\text{и}} на опорах от воздействия внешних нагрузок

6.3.12. Критерием расчета труб по классу прочности является неравенство K \geq 1 , где K — коэффициент запаса прочности труб при расчетных нагрузках. При значениях K < 1 необходимо применять трубу большего класса прочности, например K-10 или K-11, или увеличить ширину опор.

6.3.13. Поверочный расчет труб на жесткость и устойчивость следует проводить в соответствии с подразделами 5.6 и 5.7 настоящего СП.

6.3.14. Расчет труб при других углах опирания труб на спрофилированные бетонные опоры следует проводить по методике, изложенной в данном разделе.

6.3.15. Расчет труб на прочность производится на максимальный изгибающий момент M^{0} в точке А (лоток) на опорах и одновременное воздействие внутреннего давления.

Величины растягивающих напряжений от воздействия этих нагрузок суммируются, см. [8], [9].

6.3.16. Коэффициенты запаса прочности для труб с углами опирания 90° и 120° велики, поэтому в расчетах на прочность можно не учитывать нагрузки от теплоизоляции и возможного оледенения. При необходимости эти нагрузки в качестве дополнительных можно учесть по методике, изложенной выше.

6.4 Расчет труб на осевое гидравлическое давление

6.4.1. Горизонтальные нагрузки для труб с раструбными соединениями трубопроводов рассчитывают следующим образом.

Силы осевого давления возникают в напорных трубопроводах:

во всех местах изменения направления (повороты, тройники);

во всех местах изменения диаметра (переходы);

на каждом конце (глухие фланцы).

6.4.2. Эти локализованные давления должны быть нейтрализованы в целях предотвращения расстыковывания труб с помощью применения усиленных соединений типа «RJ», а также путем строительства железобетонных укрепительных свай, воспринимающих горизонтальные усилия, и в случае исчерпания несущей способности трубопровода в горизонтальном направлении.

Сила осевого давления N, кН, может быть рассчитана по общей формуле

N = K_{\text{ф}}P_{max}S , (6.9)

где K_{\text{ф}} — коэффициент, который зависит от формы, размеров и углов рассматриваемых компонентов трубопровода (фитингов);

P_{max} — максимальное внутреннее давление (испытательное давление) трубопровода, МПа;

S — внешнее сечение для труб, внутреннее сечение для фитингов, м2;

S = \frac{\pi D^{2}}{4} ,

где D — внутренний диаметр трубы, м.

6.4.3 Осевое напряжение в стенке трубы от действия осевой нагрузки равно

\sigma_{\text{х}} = \frac{N}{F} = \frac{P\pi D^{2}}{4\pi Dh} \approx \frac{PD}{4h} , (6.10)

где N — осевая нагрузка, кН.

Сила реакции R, кН, равна

R = 2Nsin \frac{\alpha}{2} = \frac{\pi PD_{0}^{2}}{4} sin \frac{\alpha}{2} . (6.11)

6.4.4. Величина нагрузки при изменении направления трубопровода определяется с помощью коэффициента K_{\text{ф}} , равного:

глухие фланцы, тройники K_{\text{ф}} = 1 ;

переходы на меньший диаметр K = 1 - \frac{S'}{S} (S' — меньшее значение);

повороты с углом \theta : K = 2sin \frac{\theta}{2} ;

K_{\text{ф}} = 1,414 для поворотов 90°;

K_{\text{ф}} = 0,765 для поворотов 45°;

K_{\text{ф}} = 0,390 для поворотов 22°30';

K_{\text{ф}} = 0,196 для поворотов 11°15'.

6.4.5. В таблице 6.10 приведены значения осевой нагрузки № от воздействия внутреннего давления для глухих фланцев. Величины осевой нагрузки для поворотов получают умножением № на K_{\text{ф}} .

Таблица 6.10

Величины осевой нагрузки N_{0} в случае тупикового трубопровода от воздействия внутреннего давления

6.5 Нагрузки при проектировании трубопровода с раструбным соединением «RJ» от воздействия внутреннего давления

6.5.1. Для расчетов несущей способности трубопровода в продольном направлении на срез упорного наварного валика при осевой нагрузке на трубопровод принимается \sigma_{\text{вр}}^{\text{ср}} = 360\text{МПа} ; \sigma_{\text{у}}^{\text{ср}} = 260\text{МПа} [3].

Примечание. По данным испытаний, полученным на ОАО «Липецкий металлургический завод „Свободный Сокол“, значения \sigma_{\text{вр}}^{\text{ср}} = 450\text{МПа} .»

Учитывая, что приваренный валик на гладкий конец трубы не является однородным и не лежит точно в одной плоскости, коэффициент условия работы при срезе валика принимается равным 0,9.

6.5.2. Расчетное сопротивление срезу R_{\text{ср}} при упругой работе материала ВЧШГ принимается равным 240 МПа [3].

Несущая способность соединения трубы типа «RJ» при растяжении в осевом направлении будет равна

N_{0} = F\sigma_{\text{ср}} = \frac{1}{2} \pi d_{\text{н}}\delta R_{\text{р}} , (6.12)

где F — площадь среза наварного валика;

d_{\text{н}} — наружный диаметр трубы;

\delta — ширина наварного валика.

Ширина наварного валика для труб диаметрами 80 — 150 мм \delta = 8\text{мм} , диаметрами 200 — 300 мм — 9 мм, для труб диаметрами 350 мм и выше — 10 мм.

6.5.3. Укладка труб целесообразна на спрофилированное основание. Для устранения возможного вертикального перемещения труб со стыковыми соединениями «RJ» достаточно хомутов-прихваток, которые должны выдерживать максимальные нагрузки от возможного смещения труб, равные силам Q.

6.5.4. От возможного осевого перемещения звенья труб частично удерживаются при помощи сил трения, возникающих в месте контакта трубы с бетонным спрофилированным основанием опоры.

6.5.5. При укладке труб на спрофилированное бетонное основание сила трения труб на опоре значительна и должна быть учтена при расчете трубопровода на прочность в осевом направлении [5].

6.6 Расчет сил трения, удерживающих трубу на опорах от осевого перемещения

6.6.1. Реакция А (см. рисунок 6.1) заменяется на равномерно распределенную по всей ширине опорной поверхности [1]

q = \frac{R}{Dsin\alpha} , (6.13)

тогда F_{\text{тр}} = fqSa — сила трения трубы на опоре, кН,

где S — площадь контакта трубы с бетонным основанием, см2;

f = 0,6 — коэффициент трения трубы о бетон;

a — ширина опоры, равная 0,5D_{\text{н}} .

6.6.2. В таблице 6.11 приведены величины сил трения на опорах при угле охвата трубы 2\alpha = 90^{\circ} и 120°.

Таблица 6.11

Величины сил трения на опорах

6.6.3. В таблице 6.12 приведены данные о несущей способности трубы в осевом направлении при воздействии гидравлического давления N_{0} с учетом сил трения N_{1} = N_{0} + F_{\text{тр}} , а также разность сил (N_{1} - N_{2}) при P_{0} = 0,6 - 1,6\text{МПа} .

Таблица 6.12

Несущая способность труб в осевом направлении N_{0} , кН, с учетом силы трения N_{1} на опорах

6.6.4. Из таблиц следует, что основная осевая нагрузка от воздействия внутреннего давления воспринимается материалом трубы. Свайные упоры в местах поворота и тупиковые упоры трубопроводов должны быть рассчитаны на усилия (N_{1} - N_{2}) . Сила реакции свайного упора должна быть не менее силы (N_{1} - N_{2})>0 в соответствии с СП 24.13330.

6.6.5. Трубы диаметрами 80 — 150 мм можно укладывать непосредственно на грунт с подсыпкой песка или щебня толщиной 15 — 20 см с анкеровкой их посредством грунтозацепов без устройства свайных упоров, учитывая высокие коэффициенты запаса прочности труб на внешнюю нагрузку, внутреннее давление и осевую нагрузку от внутреннего давления, как указано в [6], [7].

6.7 Гидравлический расчет

6.7.1. Выбор труб по диаметру должен осуществляться в соответствии с требованиями СП 31.13330 и подраздела 5.2 настоящего СП.

6.8 Проектирование трубопроводов из труб ВЧШГ

6.8.1. При проектировании надземных трубопроводов следует руководствоваться общими требованиями СП 31.13330, СНиП 2.05.04, СП 38.13330, СП 24.13330.

6.8.2. В слабых грунтах с расчетным сопротивлением менее 0,1 МПа, а также в грунтах с возможной неравномерной осадкой (в неслежавшихся насыпных грунтах) трубопроводы из труб ВЧШГ рекомендуется прокладывать на свайном основании и опорных плитах с жесткой связью.

6.8.3. Для строительства трубопроводов должны использоваться трубы и соединительные части из ВЧШГ с техническими показателями, соответствующими Приложениям А и Б настоящего СП, с соединениями типа «RJ».

6.8.4. Соединительные части и оснастка из ВЧШГ также должны поставляться с наружным и внутренним покрытиями.

В зависимости от внешних условий использования, а также с учетом требований ГОСТ Р ИСО 2531 для наружного покрытия соединительных частей и оснастки из ВЧШГ могут применяться синтетическая краска, а также цинк с отделочным слоем.

6.8.5. В зависимости от свойств транспортируемой внутри трубопровода среды, а также с учетом существующих национальных стандартов для внутреннего покрытия соединительных частей и оснастки из ВЧШГ могут применяться следующие материалы:

битумная или синтетическая краска;

раствор портландцемента (с добавками или без них);

раствор высокоглиноземистого цемента (с алюминатом кальция);

раствор сульфатостойкого цемента.

6.9 Проектирование переходов трубопроводов и опор при надземном строительстве

На рисунке 6.3 приведены возможные конструкции переходов трубопроводов через естественные препятствия, которые могут быть использованы при конкретном проектировании, как указано в [6], [7].

а — однопролетный наклонный; б — двухпролетный наклонный с разной величиной пролетов; в — трехпролетный со свайными опорами; г — трехпролетный с массивными промежуточными опорами и плитными опорами по концам; 1 — свайная опора; 2 — насыпь; 3 — массивные опоры; 4 — железобетонная плита

Рисунок 6.3. Прямолинейные переходы трубопроводов через естественные препятствия без компенсации продольных деформаций

Расчет этих конструкций на прочность рекомендуется проводить в соответствии с положениями СП 63.13330.

6.10 Конструкции опор

6.10.1. Устройство железобетонных плитных опор может потребоваться при несущей способности грунтов менее 0,15 — 0,2 МПа, при больших опорных давлениях и неустойчивых откосах. Размер плит определяют исходя из условия передачи давления на грунт, однако ширина их стороны должна быть не менее 0,4 м. Длина стороны должна быть не менее двух диаметров труб для одиночного трубопровода.

6.10.2. Плитные опоры необходимо применять на крайних опорах в местах выхода подземного трубопровода из грунта, а также на промежуточных грунтовых опорах. В местах выхода подземного трубопровода диаметрами 80 — 150 мм из грунта, а также на промежуточных грунтовых опорах с обсыпкой трубопровода грунтом разрешается также применять плоские плиты. Трубопровод диаметрами 80 — 150 мм укладывают на слой песка толщиной 15 — 18 см. Для трубопроводов диаметрами 200 — 500 мм необходимо применять плиты с ложем, соответствующим диаметру трубопровода (рисунок 6.4).

Рисунок 6.4. Плитная опора с ложем для укладки трубопровода

6.10.3. Плитные опоры и стойки рекомендуется изготавливать из бетона класса B15, морозостойкостью F300 и водонепроницаемостью W4.

6.10.4. При надземной прокладке трубопроводов применяют свайные опоры. Свайные опоры не требуют трудоемких земляных работ, которые на переходах через реки и овраги приходится выполнять с интенсивным водоотливом.

6.10.5. Сваи помимо вертикального давления могут воспринимать и значительные горизонтальные нагрузки. Проектируются свайные опоры согласно СП 24.13330.

6.10.6. Для удержания раструбов труб на опорах от возможного вертикального перемещения арматурный каркас предусматривается с вертикальным выпуском арматуры диаметрами 10 — 16 мм длиной до 500 мм в зависимости от диаметра трубы см. [8], [9].

6.10.7. Диаметр выпуска арматуры определяется усилием возможного вертикального перемещения под действием силы реакции, равной весу трубы с водой. Труба фиксируется стержневыми прихватками, которые привариваются к выпускам арматуры.

Возможно взамен прихваток использовать ленточные хомуты с затяжкой болтами через резиновые прокладки.

6.10.8. В качестве одиночных свай можно использовать сваи из труб ВЧШГ с приваркой ригеля. К ригелю труба присоединяется с помощью прихваток. На рисунках 6.5 и 6.6 приведены возможные конструкции железобетонных фундаментных плит, стоек, башмаков, неподвижных опор и катковых опор, которые необходимы для строительства надземных трубопроводов, см. [5], [7].

Рисунок 6.5. Опорные железобетонные башмаки для труб диаметрами 400 — 500 мм под одну стойку (а), под две стойки (б)

а — при двух стойках; б — при одной стойке

Рисунок 6.6. Верхние части опор с продольно-подвижными катковыми опорными частями

6.11 Транспортирование и хранение

6.11.1. Требования к транспортированию и хранению труб и уплотнительных манжет приведены в подразделе 5.16 настоящего СП.

6.12 Охрана окружающей среды

6.12.1. Требования к охране окружающей среды указаны в подразделе 5.17 настоящего СП.

6.13 Требования безопасности

6.13.1. Требования безопасности приведены в подразделе 5.16 настоящего СП.

7. Проектирование и строительство подземных трубопроводов способом горизонтально-направленного бурения (ГНБ) с применением труб из ВЧШГ

7.1 Эксплуатационные и монтажные нагрузки, действующие на трубопроводы, прокладываемые бестраншейным способом ГНБ

На трубопроводы действуют следующие нагрузки:

1. внешние нагрузки от грунта, транспорта, собственного веса трубы и веса транспортируемой жидкости;

2. внутреннее давление жидкости;

3. осевые нагрузки при протягивании трубы в расширенную скважину.

7.2 Внешние нагрузки, действующие на трубопроводы, прокладываемые способом ГНБ

7.2.1. Для расчета вертикального давления грунта на трубу от внешних нагрузок при закрытых прокладках принимается расчетная схема, приведенная на рисунке 7.1 [1].

Рисунок 7.1. Среднее давление грунта на подземный трубопровод

Для расчета принимается среднее давление грунта по горизонтальной плоскости, проходящей через центр трубопровода, которое определяется по формуле

\sigma_{\text{ср}} = q_{\text{гр}} = \gamma_{\text{ест}}h_{\text{ср}} , (7.1)

где \gamma_{\text{ест}} — удельный вес грунта в естественном состоянии;

q_{\text{гр}} — давление грунта на трубу.

7.2.2. При прокладке труб способом ГНБ над трубой образуется свод естественного равновесия высотой h_{\text{св}} . Это отражено на рисунке 7.2, а. Высота свода определяется по формуле

h_{\text{св}} = \frac{D}{2tg\varphi} , (7.2)

где \varphi — условный угол внутреннего трения, град.

а — опирание свода на уровне центра трубы; б — опирание свода на уровне верхней образующей трубы

Рисунок 7.2. Давление грунта на подземную трубу при образовании свода естественного равновесия

7.2.3. Начало свода помещается на уровне верха трубы (рисунок 7.2, б), высота h_{\text{св}} будет равна [1]

h_{\text{св}} = \frac{B}{Dtg\varphi} , (7.3)

где B = D_{\text{н}}[1 + tg^{2}(45^{\circ} - \frac{\varphi}{2})] — величина пролета разгруженного свода. Для раструбных труб такое решение более целесообразно.

7.2.4. Давление грунта, расположенного выше точки 0, полностью воспринимается грунтовым сводом, а на трубы давит грунт, находящийся внутри свода естественного равновесия. Давление принимается равномерно распределенным и равным

q_{\text{св}} = \gamma_{\text{ест}}h_{\text{св}} . (7.4)

7.2.5 Среднее давление грунта на уровне h_{\text{ср}} определяется по формуле

q_{\text{ср}} = \gamma_{\text{ест}}h_{\text{ср}}D_{\text{н}} - \gamma_{\text{ест}}h_{\text{ср}}^{2}tg^{2}(45^{\circ} - \frac{\varphi}{2}) . (7.5)

7.2.6. При некотором значении h_{\text{ср}} = h_{\text{св}} может образовываться свод естественного равновесия (при q_{\text{ср}} = 0 ). Ниже h_{\text{св}} давление грунта на трубу остается постоянным при увеличении глубины заложения

h_{\text{св}} = \frac{D_{\text{н}}}{tg^{2}(45^{\circ} - \frac{\varphi}{2})tg\varphi} , (7.6)

где tg\varphi = f_{\text{кр}} — коэффициент крепости, учитывающий суммарное действие сил трения и смещения грунта.

Для связных грунтов коэффициент крепости определяется формулой

f_{\text{кр}} = tg\varphi + \frac{\text{с}}{\sigma} , (7.7)

где tg\varphi — угол внутреннего трения;

c — удельное сцепление;

\sigma — сжимающее напряжение, при котором определяется сопротивление связного грунта сдвигу.

7.2.7. Численные значения коэффициентов крепости для некоторых грунтов и соответствующие условные углы внутреннего трения приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1

Коэффициенты крепости f_{\text{кр}} (по М.М. Протодьяконову) и условные углы внутреннего трения \varphi различных грунтов [1]

7.2.8. Величина вертикального давления Q_{\text{в}} определяется как произведение давления грунта q_{\text{в}} на диаметр трубы D_{\text{н}} .

В этом случае

Q_{\text{в}} = nq_{\text{в}}D_{\text{н}} = nh_{\text{св}}\gamma D_{\text{н}} = \frac{n\gamma D_{\text{н}}^{2}}{2f} [1 + tg(45^{\circ} - \frac{\varphi}{2})] , (7.8)

где n — коэффициент перегрузки, равный 1,5.

7.2.9 Величина равнодействующего бокового давления грунта с коэффициентом перегрузки n_{2} = 0,8 будет равна

Q_{6} = n_{2}\gamma_{\text{гр}}D_{\text{н}}(h_{\text{св}} + \frac{D_{\text{н}}}{2})tg^{2}(45^{\circ} - \frac{\varphi}{2}) . (7.9)

7.2.10. Равнодействующая расчетной вертикальной нагрузки от давления наземного транспорта Q_{\text{тр}}^{\text{в}} , кН/м, определяется по формуле

Q_{\text{тр}}^{\text{в}} = nq_{\text{тр}}D_{\text{н}}\mu , (7.10)

где n — коэффициент надежности для колесного транспорта, равный 1,4, для гусеничного — 1,0;

q_{\text{тр}} — равномерно распределенная нагрузка от транспорта, определяемая по таблице 5.11 настоящего СП;

\mu — коэффициент динамичности, при h = 0,5 м \mu = 1,17 ; при h = 1,0 м \mu = 1 .

7.2.11. Равнодействующая расчетной горизонтальной нагрузки от наземного транспорта Q_{\text{тр}}^{\text{г}} , кН/м, определяется по формуле

Q_{\text{тр}}^{\text{г}} = nq_{\text{тр}}D_{\text{н}}\lambda_{\text{н}} , (7.11)

где n — коэффициент надежности, равный 1,0;

\lambda_{\text{н}} — коэффициент бокового давления для грунтов Г-I — Г-III, при уплотненном грунте равный 0,5, для грунтов Г-IV — Г-VI равный 0,1 — 0,3 [1].

7.2.12. Равнодействующая расчетной вертикальной нагрузки от собственного веса трубопровода, кН/м, определяется по формуле

Q_{\text{т}}' = nQ_{1}' , (7.12)

где n — коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,1;

Q_{1}' — теоретический вес труб, кН/м.

7.2.13 Равнодействующая расчетной вертикальной нагрузки от веса транспортируемой воды, кН/м

Q_{\text{в}}' = n \frac{\pi}{4} \gamma D_{\text{вн}}^{2} , (7.13)

где n — коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,0;

D_{\text{вн}} — внутренний диаметр труб, м;

\gamma — удельный вес водопроводной воды, принимаемый равным 0,98 кН/м3.

7.3 Определение расчетных изгибающих моментов

7.3.1. Расчетные изгибающие моменты, \text{кН } \cdot \text{м} , от действия вертикальных нагрузок от транспорта при прокладке труб способом ГНБ при 2\alpha = 180^{\circ} определяются по формуле

M_{\text{в}}' = 0,125Q_{\text{тр}}^{\text{в}}r_{\text{ср}} . (7.14)

Расчетный изгибающий момент от действия горизонтальных нагрузок

M_{\text{г}} = - 0,125Q_{\text{тр}}^{\text{г}}r_{\text{ср}}\lambda , (7.15)

где \lambda — коэффициент бокового давления.

7.3.2. Расчетный изгибающий момент от собственного веса трубы и транспортируемой воды при 2\alpha = 180^{\circ} определяется по формуле [4]

M_{\text{тв}} = 0,07(Q_{\text{т}}' + Q_{\text{т}}'_{\text{р}})r_{\text{ср}} . (7.16)

Суммарный расчетный изгибающий момент в лотке трубы, \text{кН } \cdot \text{м} , будет

M_{\text{расч}} = M_{\text{в}}' - M_{\text{г}} + M_{\text{тв}} . (7.17)

Расчетная приведенная нагрузка Q_{\text{пр}} , кН/м, определяется по формуле

Q_{\text{пр}} = \frac{M_{\text{расч}}}{0,318r_{\text{ср}}} . (7.18)

7.4 Пример расчета

Определить вертикальное и боковое давление грунта на жесткую трубу из ВЧШГ с наружным диаметром D_{\text{н}} = 32,5\text{см} , укладываемую способом ГНБ на глубине 2 м в песчаном грунте (Г-III). Транспортная нагрузка НГ-60, А-14.

Удельный вес грунта \gamma = 17\text{кН}/\text{м}^{3} и угол внутреннего трения \varphi = 30^{\circ} .

7.4.1 Расчетный пролет разгружающего свода

B = D_{\text{н}}[1 + tg^{2}(45^{\circ} - \frac{\varphi}{2})] = 32,5 \cdot 2,15 = 0,7\text{м} .

7.4.2 Высота разгружающего свода при коэффициенте прочности f = 0,6

h_{\text{с}}'_{\text{в}} = \frac{B}{2f} = \frac{0,70}{2 \cdot 0,6} = 0,58\text{м} .

7.4.3 Расчетная сила вертикального равнодействующего давления грунта на трубу с коэффициентом перегрузки n = 1,5

Равнодействующее боковое давление с коэффициентом перегрузки n_{2} = 0,8

7.4.4. Равнодействующая вертикальная нагрузка от действия гусеничного транспорта НГ-60 равна Q_{\text{тр}}^{\text{в}} = nq_{\text{тр}}D_{\text{н}}\mu :

при h = 1,0 м Q_{\text{тр}}^{\text{в}} = 1,2 \cdot 35,3 \cdot 0,325 \cdot 1,1 = 16,4\text{кН}/\text{м} ;

при h = 1,5 м Q_{\text{тр}}^{\text{в}} = 1,2 \cdot 25,4 \cdot 0,325 \cdot 1,1 = 10,89\text{кН}/\text{м} ;

при h = 2,0 м Q_{\text{тр}}^{\text{в}} = 1,2 \cdot 18,7 \cdot 0,325 \cdot 1,1 = 8,08\text{кН}/\text{м} .

7.4.5. Равнодействующая горизонтальной нагрузки от действия А-14 будет равна Q_{\text{тр}}^{\text{г}} = nq_{\text{тр}}D_{\text{н}}\lambda_{\text{н}} , где \lambda_{\text{н}} — коэффициент бокового давления, принятый равным 0,2:

при h = 1,0 м Q_{\text{тр}}^{\text{г}} = 1,0 \cdot 35,3 \cdot 0,325 \cdot 0,2 = - 2,29\text{кН}/\text{м} ;

при h = 1,5 м Q_{\text{тр}}^{\text{г}} = 1,0 \cdot 25,4 \cdot 0,325 \cdot 0,2 = - 1,65\text{кН}/\text{м} ;

при h = 2,0 м Q_{\text{тр}}^{\text{г}} = 1,0 \cdot 18,7 \cdot 0,325 \cdot 0,2 = - 1,21\text{кН}/\text{м} .

7.4.6 Равнодействующая вертикальной нагрузки от собственного веса трубопровода равна

Q_{1} = n\pi\gamma_{\text{тр}}h(D_{\text{н}} - h) = 1,1 \cdot 3,14 \cdot 72,0 \cdot 0,0072 = 0,32\text{кН}/\text{м} ,

где \gamma_{\text{тр}} — удельный вес ВЧШГ, равный 72,0 кН/м3.

7.4.7 Равнодействующая вертикальной нагрузки от веса транспортируемой воды

Q_{2} = n0,25\pi\gamma_{\text{н}}D_{\text{в}}^{2} = 1,0 \cdot 0,25 \cdot 3,14 \cdot 9,8 \cdot 0,318^{2} = 0,77\text{кН}/\text{м} .

7.4.8. Величины изгибающих моментов, приведенных нагрузок, коэффициентов запаса прочности приведены в таблице 7.2.

Таблица 7.2

Результаты расчета прочности трубопровода диаметром 300 мм

Окончание таблицы 7.2

7.4.9. Величины допускаемого внутреннего давления из условия прочности, определяемые по формуле (5.46) настоящего СП, приведены в таблице 7.3.

Таблица 7.3

Величины допускаемого внутреннего давления из условия прочности P_{\text{пр}} , МПа, P_{\text{раб}} = 1,6\text{МПа}

7.4.10. В соответствии с расчетом для прокладки трубопровода диаметром 300 мм на рабочее давление 1,6 МПа принимаем трубу из ВЧШГ класса К-9.

7.4.11. Для других типов грунтов получены следующие расчетные данные, которые приведены в таблице 7.4.

Таблица 7.4

Расчетные данные

7.4.12. Для диаметров 80 — 250 мм величины коэффициентов запаса прочности будут еще выше, чем для труб, рассматриваемых в примере расчета. Расчет на прочность труб этих диаметров аналогичен приведенному расчету для труб диаметром 300 мм.

7.4.13. В зависимости от инженерно-геологических и градостроительных условий, глубины заложения, применяемого оборудования, формы и размеров сечения входного и выходного котлованов в проекте определяется способ их сооружения. Допускаются различные способы сооружения стартовых и приемных котлованов и приямков в соответствии с традиционными методами.

7.5 Проектирование трубопроводов из ВЧШГ, прокладываемых методом ГНБ

7.5.1. Расчет подземных трубопроводов из ВЧШГ должен производиться с общими требованиями СП 31.13330, СП 36.13330 и подразделов 5.6, 5.7 настоящего СП дополнительно на деформативность.

7.5.2. При проектировании напорных сетей из ВЧШГ расчет трубопроводов на прочность следует производить путем сопоставления несущей способности труб с результирующими данными по приведенным нагрузкам при различных условиях работы трубопровода с учетом сводообразования.

7.5.3 В качестве нагрузок, действующих на подземный трубопровод из труб ВЧШГ, следует принимать:

внутреннее давление транспортируемой воды;

давление грунта с учетом сводообразования;

давление подвижных транспортных средств, передающееся на трубопровод через грунт;

собственный вес трубы и транспортируемой жидкости.

7.5.4. Результаты расчетов, проведенных в соответствии с рассмотренной методикой при различных сочетаниях действующих на трубопровод нагрузок, должны содержать значения допустимого внутреннего давления воды исходя из несущей способности труб на прочность при укладке трубопровода с учетом глубины заложения, считая от верха трубы:

в грунтах шести категорий (пески крупные, мелкие, пылеватые, сухие, суглинки, глины);

от воздействия единичной транспортной нагрузки А-14 и НГ-60;

с учетом глубины сезонного промерзания.

7.5.5. Расчет трубопровода необходимо производить на совместное (комбинированное) воздействие внутреннего давления и внешних нагрузок, учитывая следующие случаи:

на трубопровод действуют внутреннее давление воды и внешняя нагрузка от давления грунта;

на трубопровод действуют внутреннее давление воды, внешняя нагрузка от давления грунта и транспорта.

В качестве расчетного принимается случай, когда трубопровод подвергается наибольшему силовому воздействию.

7.5.6 Коэффициент перегрузки для определения расчетных нагрузок на трубу принимается равным:

для вертикального давления грунта — 1,4;

для горизонтального давления — 0,8;

для вертикального давления транспорта (автомобилей А-14) — 1,4.

Величины остальных коэффициентов принимаются равными 1.

7.6 Внутреннее давление транспортируемой воды

7.61. Величина внутреннего давления воды в трубопроводе устанавливается на основании гидравлических расчетов с учетом реальных данных проектирования. Гидравлический расчет трубопроводов систем водоснабжения производится в соответствии с требованиями СП 31.13330 и подраздела 5.2 настоящего СП.

7.62. Величина расчетного внутреннего давления P_{\text{р}} согласно СП 31.13330 принимается с учетом или без учета гидравлического удара, в соответствии с подразделом 5.2 настоящего СП.

7.63. При отсутствии в проекте величины гидравлического расчетного давления испытательное давление P_{\text{исп}} принимается в соответствии с таблицами 5.14, 5.15 настоящего СП.

7.7 Проектирование бестраншейной прокладки с применением технологии ГНБ

7.7.1. Технология ГНБ при проектировании участков бестраншейной прокладки применяется для напорных и самотечных трубопроводов водоснабжения и водоотведения.

7.7.2. В зависимости от принятого в проекте расчетного диаметра и длины участка бестраншейной прокладки выбираются модель установки ГНБ и ее рабочая характеристика.

7.7.3. Технология горизонтального направленного бурения может применяться в зависимости от конструкции бурового инструмента в различных грунтовых условиях — от песчаных и глинистых грунтов до скальных.

7.7.4. Трасса проектируемого участка бестраншейной прокладки может быть криволинейного очертания и в плане, и в профиле в пределах допустимого радиуса изгиба буровых штанг.

7.7.5. Для технологии ГНБ требуется устройство стартовых и приемных приямков расчетной вместимости для своевременного отбора отработанной буровой суспензии илососами и транспортирования ее на регенерацию.

7.7.6. Технология управляемого бурения применяется при прокладке напорных трубопроводов диаметрами 80 — 300 мм длиной плетей до 300 — 400 м в грунтах I — IV категорий (пески, супеси, суглинки, глины и др.).

Размеры в плане и конструктивно-технологические решения стартовых и приемных котлованов (шахт) принимаются в зависимости от грунтовых условий, глубины заложения, диаметра труб, длин их звеньев и т.д.

7.7.7. На стадии обоснования инвестиций на основании технико-экономического сопоставления применения указанных в 6.1.1 и 6.1.2 МГСН 6.01 [15] технологий бестраншейной прокладки определяется тип механизированной управляемой установки.

7.7.8. На стадии разработки проекта участков бестраншейной прокладки с применением технологии ГНБ разрабатываются проект организации строительства и специальные разделы промышленной безопасности, охраны труда, техники безопасности и охраны окружающей среды в соответствии с требованиями настоящего СП.

7.8 Производство работ по бестраншейной прокладке с применением технологии ГНБ

7.8.1. Подготовка строительства с применением технологии ГНБ выполняется в соответствии с положениями 5.2.1 — 5.2.4; 5.2.6.1 МГСН 6.01 [15].

До начала процесса бурения выполняются следующие операции:

проводится контроль исправности и работоспособности локационной системы;

датчики бурильной головки выбираются в соответствии с проектной глубиной бурения и необходимой точностью прокладки трубопровода;

подготавливаются место стоянки буровой установки с укладкой матов заземления и место приема выхода бурильной головки в заданной проектом точке на поверхности с устройством соответствующих приямков;

разрабатываются проекты производства работ, технологические карты и инструкции по применению комплекта бурового оборудования;

после завершения работ по прокладке трубопровода строительная площадка освобождается от временных сооружений и благоустраивается в соответствии с проектом.

7.9 Технологии бестраншейной прокладки коммуникаций с горизонтально-направленным бурением

7.9.1. При проектировании участков бестраншейной прокладки коммуникаций тип ГНБ выбирается в зависимости от инженерно-геологических условий данного участка и расчетного внутреннего диаметра проектируемого трубопровода.

Планово-высотные показатели участков бестраншейной прокладки коммуникаций назначаются исходя из положений общего проекта этих коммуникаций.

Глубина заложения труб из ВЧШГ из условия прочности диаметрами 80 — 300 мм лимитируется минимальным расстоянием от поверхности до шелыги прокладываемого трубопровода в устойчивых грунтах не менее двух диаметров, в неустойчивых грунтах — не менее трех диаметров. Допускаемое заложение труб равно 20 м, минимальное заглубление труб определяется из условия промерзания грунтов.

Расстояние между стартовым и приемным колодцами назначается до 300 — 400 м.

В плане трасса проектируется по прямой линии между соседними колодцами.

В продольном профиле положение участка бестраншейной прокладки по величине и направлению уклона не лимитируется и назначается по общему проекту.

7.9.2. Характеристики труб и фасонных частей с соединением типа «RJ», используемых при бестраншейной прокладке трубопроводов, приведены в Приложениях А и Б.

7.9.3. При выполнении расчетов труб на прочность следует принимать давление вышележащего слоя грунта с учетом сводообразования, временную подвижную нагрузку по схеме А-14 и НГ-60, собственную массу труб и транспортируемой жидкости, давление транспортируемой жидкости, а также физико-механические характеристики грунтов в зоне трубопровода.

7.9.4. Стартовые и приемные приямки рекомендуется размещать в местах, свободных от застройки, от зеленых насаждений и подземных коммуникаций. Стартовый приямок оборудуется грузоподъемными устройствами для доставки элементов трубопровода для монтажа плетей.

7.10 Монтаж трубопроводов и фасонных частей

7.10.1. При бестраншейной прокладке трубопроводов из ВЧШГ должен соблюдаться технологический регламент, включающий подготовительные, вспомогательные и основные работы, состав и очередность которых должны увязываться с конкретными условиями.

7.10.2. Перед началом монтажных работ внутренняя поверхность трубы (особенно кольцевой паз для манжеты) и наружная поверхность гладкого конца трубы должны быть очищены от посторонних предметов и возможных загрязнений. Монтаж труб может производиться картриджным или линейным методом.

7.10.3. Захват при подъеме и опускании труб необходимо осуществлять приспособлениями, обеспечивающими их сохранность и исключающими удары труб друг о друга и твердые поверхности.

7.10.4. Сборка труб с раструбными соединениями «RJ» производится в соответствии с требованиями 5.16.26 настоящего СП.

7.10.5 Прокладка труб из ВЧШГ способом ГНБ осуществляется в два этапа:

1. пилотное бурение скважины малого диаметра;

2. расширение пилотной скважины с одновременным протягиванием трубы.

7.10.6. Расчет труб с соединениями только «RJ» производится на срез приварного валика на гладком конце трубы при продольном перемещении стопоров. Величина расчетного сопротивления срезу \sigma_{\text{с}}^{\text{р}} для труб диаметрами 80 — 300 мм принята равной 240 МПа.

7.10.7. Величины расчетных значений несущей способности труб при осевом нагружении Q_{\text{с}}^{\text{о}} приведены в таблице 7.5.

Таблица 7.5

Величины расчетных значений несущей способности труб при осевом нагружении

Коэффициенты запаса прочности, равные отношению Q_{\text{с}}^{\text{о}}/Q_{\text{м}} , — в пределах 2,5 — 5,8, где Q_{\text{м}} — величина усилия протяжки труб, развиваемого машинами ГНБ.

7.10.8. Диаметры расширенных пилотных скважин D_{\text{м}} , через которые протягиваются трубы с раструбами типа «RJ», должны быть не менее, мм:

7.10.9. Минимальный радиус закругления скважин для протяжки труб длиной 6 м в зависимости от угла изгиба труб в соединениях «RJ» приведен в таблице 8.1.

7.10.10. При использовании на монтаже трубопровода труб немерной длины (менее 6 м) их гладкие концы необходимо предварительно отрезать до нужного размера в соответствии с требованиями 5.16.27 настоящего СП.

7.10.11. Для бестраншейной прокладки (горизонтально-направленное бурение) трубопроводов следует разрабатывать проект производства работ с учетом отдельных положений МГСН 6.01 [15].

7.11 Гидравлические испытания и сдача трубопроводов в эксплуатацию

7.11.1. Испытания сетей водоснабжения, выполненных из ВЧШГ, должны проводиться с учетом основных требований СП 31.13330, СНиП 3.05.04 и в соответствии с проектом производства работ и настоящим СП с учетом условий подземной протяжки труб.

Гидравлические испытания трубопроводов должны проводиться два раза:

на прочность (предварительное испытание); производится на поверхности земли до протяжки звеньев;

на герметичность; проводится после протяжки звеньев и завершения всех работ на данном участке трубопровода с установленными задвижками, но до установки гидрантов, предохранительных клапанов и вантузов.

7.11.2. Величина испытательного гидравлического давления P_{\text{исп}} , на которое следует испытывать напорные трубопроводы при предварительном и окончательном их испытаниях, устанавливается проектом с учетом рабочего давления. При отсутствии в проекте величины испытательного давления оно должно приниматься при предварительном и окончательном испытаниях равным: рабочее давление плюс 0,5 МПа; определяется по таблице 5.15 настоящего СП.

7.11.3. Оборудование для гидравлического испытания должно включать гидравлический пресс (насос), манометр, мерный бак или водомер для измерения количества подкачиваемой воды и величины утечки. На концах испытываемого участка трубопровода устанавливаются заглушки.

7.11.4. Перед началом проведения гидравлических испытаний следует проверить и убедиться, что из предъявленных к испытанию собранных плетей трубопровода полностью удален воздух.

Испытания трубопроводов с внутренним цементно-песчаным покрытием следует начинать после заполнения его водой и предварительной выдержки под давлением (приблизительно 0,2 МПа) в течение суток (для пропитки пор цементного раствора).

7.11.5 При испытании собранного трубопровода на прочность выполняются следующие операции:

постепенно повышают давление в звеньях трубопровода (по 0,3 — 0,5 МПа) с выдерживанием давления на каждой ступени в соответствии со СНиП 3.05.04;

при достижении в собранном трубопроводе испытательного давления P_{\text{исп}} в течение не менее 10 мин не допускают падения давления больше чем на 0,1 МПа, производя дополнительную подкачку воды до P_{\text{исп}} .

Примечания.

1. При обнаружении утечки в наземных плетях во время повышения давления необходимо установить причину нарушения герметичности и принять меры по ее ликвидации.

2. Устранение обнаруженных дефектов в плетях трубопровода можно производить после снижения давления в нем до атмосферного.

3. Категорически запрещается хождение по испытываемым плетям трубопровода, простукивание и нахождение рабочих в зоне испытаний.

7.11.6. Плети трубопровода считаются выдержавшими испытание на прочность, если при достижении испытательного давления не произойдет разрыва труб, нарушения стыковых соединений и при осмотре трубопровода не будет обнаружено утечек воды.

7.11.7. Для предотвращения смещения труб в плетях от воздействия внутреннего давления необходимо устанавливать в районе расположения раструба прижимные хомуты или бетонные пригрузы. Прижимные хомуты крепятся к попарным ввертываемым в землю металлическим сваям, устанавливаемым на расстоянии 12 — 18 м друг от друга.

7.11.8. Испытания собранного трубопровода после протяжки его через расширенную пилотную скважину и подключения к арматуре производятся последовательно в соответствии со СНиП 3.05.04.

8. Правила производства работ при прокладке трубопроводов способом ГНБ

8.1 Горизонтально-направленное бурение

Горизонтально-направленное бурение (ГНБ) — технология, не требующая прокладывания траншей и обеспечивающая альтернативную прокладку трубопроводов. Она имеет преимущества перед традиционным методом открытой разработки.

ГНБ может осуществляться с небольшими повреждениями поверхности, требует меньше рабочего пространства, осуществляется гораздо быстрее, чем традиционный метод прокладки трубопроводов. Наряду с оперативностью и экономичностью технологии бестраншейной прокладки трубопроводов (в том числе и ГНБ) отличаются высоким качеством и возможностью выполнения работ в местах, где традиционные методы неприменимы. Немаловажным фактором остается и экологическая сторона применения подобных технологий.

Прокладка трубопроводов из труб ВЧШГ с помощью технологии ГНБ может применяться как для новых, так и для замены уже существующих изношенных трубопроводов.

Данная технология становится все более и более распространенной и, возможно, одной из самых быстрорастущих технологий бестраншейной прокладки трубопроводов на сегодняшний день.

8.2 Технология прокладки

ГНБ — технология бестраншейной прокладки трубопроводов, представляющая собой сверление небольшого направляющего отверстия с использованием технологии слежения и управления сверлом с поверхности.

Сущность метода состоит в использовании специальных буровых станков (буров, штанг), которые осуществляют предварительное (пилотное) бурение по заранее рассчитанной траектории с последующим расширением скважины и протаскиванием в образовавшуюся полость трубопроводов.

При необходимости изменение направления бурения достигается с помощью определенной конструкции буровой головки.

Направляющая скважина располагается от поверхности земли под углом 8° — 20° и, достигнув необходимой глубины, переходит в горизонтальное положение. Обычно применяется сверление скважин с постепенным изгибанием или почти прямым выравниванием, чтобы свести к нулю трение и не допускать выхода за пределы допустимого прогиба соединения и допустимого радиуса кривизны трубы. Это уменьшает возможность «подвешивания» трубопровода или его повреждения.

Прокладка трубопроводов по технологии ГНБ осуществляется в три этапа:

1. бурение пилотной скважины на заданной проектом траектории;

2. последовательное расширение скважины;

3. протягивание трубопровода.

8.3 Бурение пилотной скважины

Бурение пилотной скважины — особо ответственный этап работ в бестраншейной прокладке методом горизонтально-направленного бурения (ГНБ) сетей, от которого во многом зависит конечный результат. Оно осуществляется при помощи породоразрушающего инструмента — буровой головки со скосом в передней части и встроенным передатчиком сигнала местонахождения буровой головки.

Буровая головка соединена посредством полого корпуса с гибкой приводной штангой, что позволяет управлять процессом строительства пилотной скважины и обходить выявленные препятствия в любом направлении в пределах естественного изгиба протягиваемой рабочей нити. Буровая головка имеет отверстия для подачи специального бурового раствора, который закачивается в скважину и образует суспензию с размельченной породой. Буровой раствор уменьшает трение на буровой головке и штанге, предохраняет скважину от обвалов, охлаждает породоразрушающий инструмент, разрушает породу и очищает скважину от обломков, вынося их на поверхность. Контроль за местоположением буровой головки осуществляется с помощью приемного устройства — локатора, который принимает и обрабатывает сигналы встроенного в корпус буровой головки передатчика.

На мониторе локатора отображается визуальная информация о местоположении, уклоне, азимуте буровой головки. Также эта информация отображается на дисплее оператора буровой установки. Эти данные являются определяющими для контроля соответствия траектории строящегося трубопровода проектной и минимизируют риск излома рабочей нити. При отклонении буровой головки от проектной траектории оператор останавливает вращение буровых штанг и устанавливает скос буровой головки в нужном положении. Затем осуществляется задавливание буровых штанг, устанавливается скос буровой головки в нужном положении с целью коррекции траектории бурения. Строительство пилотной скважины завершается выходом буровой головки в заданной проектом точке.

8.4 Расширение скважины

Расширение скважины осуществляется после завершения пилотного бурения. При этом буровая головка отсоединяется от буровых штанг и вместо нее присоединяется риммер — расширитель обратного действия. Приложением тягового усилия с одновременным вращением риммер протягивается через створ скважины в направлении буровой установки, расширяя пилотную скважину до необходимого для протаскивания трубопровода диаметра. Для обеспечения беспрепятственного протягивания трубопровода через расширенную скважину ее диаметр должен на 25 — 30% превышать диаметр трубопровода.

8.5 Протягивание трубопровода

На противоположной от буровой установки стороне скважины располагается готовая плеть трубопровода. К переднему концу плети (раструбу первой трубы) крепится приспособление для протягивания труб с воспринимающим тяговое усилие вертлюгом и риммером. Вертлюг вращается с буровой нитью и риммером и в то же время не передает вращательное движение на трубопровод. Таким образом, буровая установка затягивает в скважину плеть протягиваемого трубопровода по проектной траектории.

Существует множество видов приспособлений для протягивания труб. Приспособление для протягивания, рекомендуемое для труб под соединение «RJ», приведено на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1. Приспособление для прокладки труб под соединение «RJ» бестраншейным методом

Значение сил протягивания определяется диаметрами трубопроводов и лежит в пределах 10 — 50 кН. Выбор типа технологического оборудования для протяжки плетей трубопровода производится исходя из этих требований.

Приспособление изготавливается из трубы с соединением «RJ» с тягой для присоединения к вертлюгу.

Технология ГНБ уникальна тем, что она позволяет изменять при необходимости направление прокладки в любом направлении, огибая на своем пути различные препятствия (действующие или брошенные подземные коммуникации или другие сооружения).

Если почва или буровой раствор могут вызвать коррозию труб, то требуется их защита. Надежной защитой в этом случае является покрытие трубопровода полиэтиленовым рукавом.

Полиэтиленовый рукав крепится поперечными нахлестами липкой ленты с расстоянием между собой около 60 см. Чтобы обезопасить полиэтилен в местах соединений, на оба конца соединения труб плотно наматывается пластиковая соединительная лента.

Прокладка труб ВЧШГ с помощью технологии ГНБ обычно начинается от площадки, где приготовлена конструкция, непосредственно граничащая с местом входа для протягиваемых труб. Это позволяет немедленно поместить трубу в скользкий смазывающий раствор для бурения без протаскивания трубы по земле, так как это может повредить полиэтиленовый рукав.

8.6 Буровой раствор

Большинство установок ГНБ работает с буровым раствором. В качестве бурового раствора может применяться вода, однако в большинстве случаев используются растворы на основе бентонита или полимеров. Бентонит — минерал природного происхождения, который при смешивании с водой создает глиняную массу. Нормальный буровой раствор представляет собой суспензию из воды и бентонита (высококачественной глины), а также, в случае необходимости, натуральных присадок, улучшающих технологические свойства.

Распространенный состав бентонита, который можно привести в качестве примера, таков:

SiO_{2} около 57%; Al_{2}O_{3} около 21%; Fe_{2}O_{3} около 5%; TiO_{2} около 1%; K_{2}O около 1%; Na_{2}O около 3%; CaO около 4%; H_{2}O около 8%.

Удельный вес сухого бентонита составляет около 2,3 кг/л. Значение pH 6-процентной суспензии равно 8 — 9.

Ниже перечислены принципиально важные функции бурового раствора, используемого при ГНБ:

смазка образующейся скважины для уменьшения трения между буровой головкой и стенкой скважины;

укрепление скважины, особенно в рыхлой или мягкой почве, за счет создания фильтра с низкой водопроницаемостью и положительного гидравлического давления на стенки скважины, предотвращение обвалов;

предотвращение образования пластовых жидкостей (например, грунтовых вод) и попадания их в скважину;

удаление отходов бурения;

увлажнение режущей головки во время бурения;

охлаждение инструмента для сверления скважин.

Для ГНБ выбор смеси бурового раствора и давления подачи в значительной степени зависит от типа почвы. Почвы могут быть определены как крупнокомковатая (песок и гравий) и мелкозем (глина, ил/мелкозем и сланец). В общем случае для крупнокомковатой почвы используется бентонит, а для мелкозема рекомендуются полимеры (возможно, добавленные к бентонитовой основе). В зависимости от особенностей конкретного проекта требуемые характеристики бурового раствора могут быть изменены за счет корректировки его состава.

Точный контроль технологических параметров бурового раствора, таких как вязкость, насыщенность буровой мелочью, имеет большое значение на каждом этапе работы.

Буровой раствор приготавливают в специальных смесительных устройствах. Поступающий из скважины отработанный буровой раствор проходит очистку от буровой мелочи в фильтровальных установках. Затем в него по мере необходимости добавляется бентонит, и раствор снова используется в процессе бурения, что образует замкнутый цикл.

Процесс очистки бурового раствора состоит, как правило, в прохождении им последовательных ступеней фильтрации и отделении различных фракций буровой мелочи. Фильтровальная установка может состоять, например, из вибросита, отделителей песка и ила. Насыщенность бурового раствора буровой мелочью не должна превышать 30%. Только в этом случае может быть гарантировано отсутствие чрезмерной седиментации (центробежного осаждения) при извлечении раствора из скважины.

По завершении буровых работ оставшийся буровой раствор может быть использован на других объектах горизонтального бурения. В рекомендуемых пределах отработанный буровой раствор может быть использован также на сельскохозяйственных площадях для улучшения структуры почв (например, песчаных). Он может и просто отправляться на свалки, хранилища.

8.7 Методы установки для ГНБ

Прокладка труб с помощью технологии ГНБ включает в себя сохранение в незакупоренном состоянии прохода скважины, через которую насколько возможно быстро протягиваются трубы.

Бестраншейная прокладка трубопроводов методом ГНБ выполняется двумя методами.

1. Картриджный метод

Картриджный метод включает в себя последовательное соединение труб во время прокладки и предпочтителен, когда прямой или изогнутый участок трубопровода ограничен. Данный метод прокладки требует значительно меньше места для прямых участков трубопровода, чем сборочный метод (метод линейной конструкции).

2. Метод линейной конструкции

Данный метод представляет собой протягивание через направляющую скважину уже соединенного трубопровода. При использовании данного метода необходимо располагать достаточно большим пространством, которое позволило бы сначала расположить трубы над землей (в основном на роллерах) в непосредственной близости от направляющей скважины.

8.8 Радиус отклонения

Подготовленная строительная площадка и трасса для бурения должны быть спроектированы так, чтобы допустимое отклонение труб из ВЧШГ, указанное производителем, при монтаже не превышало максимального.

Обычно плотное горизонтальное сверление прохода скважины ограничивает боковое движение труб и соединений, которые имеют три степени свободы. В отличие от сварных трубопроводов замковые соединения «RJ» труб из ВЧШГ для ГНБ подвижны. При правильно выбранном радиусе изгиба скважины для труб из ВЧШГ, благодаря изгибающему моменту, прикладываемая тянущая нагрузка создает минимальное или вообще не создает дополнительного растяжения для стенок труб из ВЧШГ.

Рекомендуется делать радиус поворота посредством нескольких вытягиваний вдоль оси с тем, чтобы не допустить возможности чрезмерного прогиба соединения и превышения максимальной силы натяжения.

Таблица 8.1

Минимальный радиус закругления

9*. Проектирование трубопроводов из ВЧШГ на слабых грунтах

9.1 Общие положения

9.1.1. В соответствии с классификацией таблицы Б.1 ГОСТ 25100 к категориям низкой и слабой прочностей относятся грунты прочностью 1 — 3 МПа. Прокладка трубопроводов на таких грунтах из труб других материалов представляет значительные трудности и трубопроводы укладывают на усиленное или искусственное основание.

9.1.2. В настоящем разделе рассматривают работу трубопроводов из ВЧШГ, прокладываемых на грунтах прочностью до 1,0 МПа, прокладку трубопроводов из ВЧШГ на болотистых и заторфованных и карстовых грунтах прочностью менее 1,0 МПа в настоящем разделе не рассматривают.

9.1.3 Давление грунта на трубу круглого сечения определяют действием следующих напряжений по формулам:

\sigma_{\text{в}} = \gamma\text{Н }; (9.1)

\sigma_{\text{г}} = \xi_{0}\gamma\text{Н }, (9.2)

где \sigma_{\text{в}} — вертикальная составляющая давления, МПа;

\sigma_{\text{г}} — горизонтальная составляющая давления, МПа;

\xi_{0} — коэффициент бокового давления грунта;

\gamma — нормативный удельный вес грунта засыпки, кН/м3;

H — высота засыпки трубы, м.

Боковое горизонтальное давление слабого грунта (отпор грунта) характеризует коэффициент \lambda . Значения этого коэффициента в зависимости от \xi_{0} и способов укладки труб из ВЧШГ приведены в таблице 9.1.

Таблица 9.1

Значение коэффициента \lambda

9.1.4. По таблице 9.1 для трубопроводов, укладываемых на слабый грунт при \xi_{0} = 0 принимается \lambda = 1 как для условий укладки в насыпи, так и траншее, без учета отпора грунта.

9.1.5. При прокладке трубопроводов из ВЧШГ в слабых грунтах применяют трубы из ВЧШГ с замковыми усиленными соединениями типов «RJ» и «RJS», а также с соединениями «TYTON» (при устройстве упоров) диаметрами 80 — 1000 мм различных классов прочности.

9.1.6. В настоящем разделе приведены методы расчета труб из ВЧШГ на их прочность, жесткость и устойчивость в кольцевом, тангенциальном направлениях при совместном воздействии внутреннего давления и внешних нагрузок от грунта засыпки.

9.1.7. Расчеты позволяют установить виды и значения нагрузок, действующих на подземный напорный трубопровод при прокладке труб из ВЧШГ на слабых грунтах, определить несущую способность и коэффициенты запаса прочности, а также выбрать класс прочности труб.

9.1.8. В настоящем разделе приведены также расчеты на прочность и несущую способность труб в продольном, осевом, направлении от воздействия внутреннего рабочего и испытательного давления, а также совместное воздействие кольцевых и осевых нагрузок при укладке труб на слабые грунты.

9.1.9 Расчет трубопроводов на прочность, жесткость и устойчивость проводят для следующих постоянных нагрузок:

внутреннего давления при отсутствии внешних нагрузок;

на опорожненный трубопровод действие нагрузки от давления грунта засыпки;

внутреннего давления воды, действующего также в горизонтальном осевом направлении.

За исходные значения прочности и расчетных напряжений принимают расчетную прочность Rр = 300 МПа и Rср = 240 МПа — напряжение среза упорного валика замковых соединений типов «RJ» и «RJS».

9.1.10. Для слабых грунтов расчет подземных трубопроводов производится из условий насыпи B >= Dн, где B — ширина траншеи или насыпи, м; Dн — наружный диаметр трубы, см.

В этом случае горизонтальная составляющая от вертикальной нагрузки отсутствует.

9.1.11. На слабых грунтах ограничено движение колесного и гусеничного транспортов, поэтому расчет трубы на воздействие транспортных нагрузок не проводят. При укладке труб в футляры под дорогами возможно движение транспорта. Футляры принимают по СП 35.13330. Расчет нагрузок от транспорта следует проводить по 5.3.12 настоящего свода правил.

9.2 Прочность основания

9.2.1. При укладке трубопровода на прочное основание достаточно выровнять дно траншеи без дополнительной подсыпки песка.

При укладке трубопровода на слабое основание необходимо проверять прочность грунтов основания от воздействия всех суммарных нагрузок R, действующих на трубопровод.

9.2.2 Реакцию R заменяют равномерно распределенной нагрузкой q по всей ширине опорной поверхности, по формуле:

q = \frac{R}{D_{\text{н}}sin\alpha} , (9.3)

где R — значения опорных реакций всех вертикальных расчетных сил, действующих на трубопровод диаметром Dн, кН;

q — распределенная нагрузка, МПа/м;

Dн — наружный диаметр трубы, см;

\alpha — угол опирания трубы основанием, град.

9.2.3. Значение q не должно превышать прочность грунта основания, значения которой необходимо определять по результатам полевых испытаний грунта. Если такие данные отсутствуют значения q принимают по 6.12 ГОСТ 25100 или СП 21.13330.

9.2.4. Если прочность грунта связного основания недостаточна (менее 1 МПа), то необходимо улучшить основание в соответствии с требованиями 11.30 СП 31.13330.

9.3 Определение нагрузок, действующих на подземные трубопроводы из ВЧШГ открытой, подземной прокладки на слабых грунтах

9.3.1. Нагрузки, действующие на подземные трубопроводы, разделяют на внутренние и внешние.

К внутренним нагрузкам относятся внутреннее рабочее давление транспортируемой жидкости, давление при гидравлическом ударе, испытательное давление.

К внешним нагрузкам относятся:

• давление грунтовой засыпки;
• собственная масса трубопровода;
• масса транспортируемой воды;
• атмосферное давление при образовании в трубопроводе вакуума.

9.3.2 При определении нагрузок в насыпи следует учитывать:

• способ опирания трубы на основание (на плоское слабое основание, на профилированное слабое основание);
• глубину заложения трубы, определяемую высотой засыпки грунта над ее верхом.

9.3.3. Значение равнодействующей расчетной вертикальной нагрузки от грунта засыпки Q_{\text{гр}}^{\text{в}} , кН/м, определяется при укладке в насыпи по формуле

Q_{\text{гр}}^{\text{в}} = n\gamma HD_{\text{н}}K_{\text{н}}, (9.4)

где Dн — наружный диаметр трубы, см;

n — коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,5;

\gamma — нормативный удельный вес грунта засыпки, кН/м3, для слабых грунтов равный 16,7 — 16,8;

H — высота засыпки над верхом трубы, м;

Kн — коэффициент концентрации давления грунта засыпки. В общем виде Kн выражается формулой:

K_{\text{н}} = 1 + \frac{H}{D_{\text{н}}} \xi_{0}tg\varphi, (9.5)

где Dн — наружный диаметр трубы, м;

\xi_{0} — коэффициент горизонтального давление грунта (отпора). При \xi_{0} = 0 коэффициент Kн = 1;

tg\varphi — угол внутреннего трения грунта.

9.3.4. С учетом вышеизложенного значение равнодействующей внешней вертикальной нагрузки от грунта засыпки, кН/м, определяют по формуле

Q_{\text{гр}}^{\text{в}} = n\gamma HD_{\text{н}}. (9.6)

9.3.5 Равнодействующую расчетную вертикальную нагрузку от собственного веса трубопровода определяют по формуле

Q1 = nQ', (9.7)

где n — коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,1;

Q' — теоретическая масса трубы, кН/м.

9.3.6 Равнодействующую расчетную вертикальную нагрузку от веса транспортируемой воды Q2, кН/м, определяют по формуле

Q_{2} = n \frac{\pi}{4} \gamma_{\text{н}}D_{\text{в}}^{2}, (9.8)

где n — коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным 1,0;

Dв — внутренний диаметр трубы, см;

\gamma_{\text{н}} — удельная масса транспортируемой воды, для питьевой воды равна 9,8, а для сточной жидкости — 10,4, кН/м3.

Значение коэффициента Kн для различных грунтов и способов укладки труб выбирают из таблицы 9.2, где E0 — модуль упругости грунта основания, МПа; Eгр — модуль упругости засыпки, МПа.

Таблица 9.2

Значение коэффициента Kн для различных грунтов

и способа укладки трубы

Наименование и характеристика грунта основания		Плоское основание	Профилированное основание под углом охвата трубы 2\alpha , град.
			60	90	120
1 Скальные, глинистые очень прочные	\infty	1,6	1,6	1,6	1,6
2 Пески крупные, средней крупности и мелкие прочные. Глинистые прочные грунты	4,5	1,4	1,43	1,43	1,47
3 Пески крупные, средней крупности и мелкие средней плотности	2 — 3	1,3	1,3	1,3	1,3
4 Глинистые грунты средней прочности	2 — 3	1,3	1,3	1,3	1,3
5 Пески гравистые крупные, средней крупности и мелкие рыхлые	До 1	1,15	1,15	1,2	1,25
6 Пески пылеватые рыхлые. Грунты текучие	0	1,0	1,0	1,0	1,0

9.4 Определение расчетных изгибающих моментов. Расчет на прочность

9.4.1. Трубопровод должен быть рассчитан на прочность, жесткость и устойчивость.

Параметры расчета на прочность, схема нагружения и схема опорных моментов приведены в таблице 5.7.

Значения расчетных коэффициентов для определения изгибающих моментов для слабых грунтов основания приведены в таблице 5.12 (схема б). Расчет приведен только для значения максимального момента в точке А.

9.4.2. Значения расчетных изгибающих моментов в лотке трубы (точка А) от воздействия внешних нагрузок и опорных моментов определяют в соответствии со схемами, приведенными в таблицах 5.7 и 5.12.

Значение расчетного момента от внешних грунтовых нагрузок определяют по формуле

MА = 0,294Qrсрh. (9.9)

9.4.3 Значение момента от собственной массы трубопровода и наполнителя (воды) определяют по формуле

MА = 0,294Qrср, (9.10)

где rср — срединный радиус поверхности, см.

rср = 0,5(Dн — h),

где Dн — наружный диаметр трубы, м;

h — толщина стенки трубы, м.

9.4.4 Значение опорного момента при укладке на спрофилированное основание для слабых грунтов составляет:

9.4.5. Расчетные изгибающие моменты кольца трубы равны алгебраической сумме моментов от нагрузок и опорных моментов. С учетом этого расчетные моменты от действия внешних нагрузок при опирании трубы на плоское основание (2\alpha = 30^{\circ}) в точке А будут равны:

(9.11)

где Mг — момент от воздействия нагрузки от грунта засыпки, кН·м;

Mтр — момент от воздействия массы трубы, кН·м;

Mв — момент от воздействия массы воды, кН·м.

Моменты от воздействия горизонтальных нагрузок отсутствуют.

9.4.6 Суммарный расчетный момент, кН·м, от воздействия всех нагрузок равен:

M0 = Mг + Mтр + Mв. (9.12)

9.4.7. Расчетная эквивалентная нагрузка Qэкв, кН/м, приведенная к двум диаметрально противоположным нагрузкам, равнозначна по своему действию нагрузкам, действующим в реальных условиях:

Q_{\text{экв}} = \frac{M_{0}}{0,318r_{\text{ср}}} , (9.13)

где M0 — суммарный расчетный изгибающий момент, кН·м;

rср — срединный радиус трубы, см.

9.4.8. Расчет на прочность труб при действии на трубопровод внутреннего давления при отсутствии внешней нагрузки проводят в соответствии с подразделом 5.9.

9.4.9. Расчет труб на совместное воздействие внешних нагрузок и внутреннего давления проводят в соответствии с разделом 5.8, в котором указаны значение несущей способности труб на раздельные нагрузки Q0 и P0 и график несущей способности труб при совместном воздействии Q0 и P0.

9.4.10. Расчет трубопровода на прочность, жесткость и устойчивость проводят в соответствии с подразделами 5.11 и 5.12.

9.4.11 Трубопровод рассчитывают на следующие нагрузки и их сочетания:

• при действии внешних нагрузок;
• на устойчивость от внешних нагрузок;
• на жесткость (по деформациям) при внешнем нагружении расчетной приведенной нагрузкой;
• на прочность от воздействия внутреннего давления;
• на прочность кольца трубы при совместном воздействии внешних нагрузок и внутреннего давления воды.

9.5. Пример расчета на прочность трубопроводов из ВЧШГ при укладке на слабое основание при подземной прокладке

9.5.1 Исходные данные для расчета:

• труба класса К-9;
• наружный диаметр Dн = 63,5 см;
• толщина стенки трубы h = 9,9 мм;
• модуль упругости Юнга E = 1,7·105 МПа;
• несущая способность трубы на внутреннее давление P0 = 9,7 МПа;
• расчетное сопротивление материала трубы на растяжение Rр = 300 МПа;
• глубина заложения трубы от уровня земли до верха трубы, H = 2,0 м;
• удельная масса грунта засыпки в насыпи 16,7 кН/м3 (мелкие пески, категория грунта Г-II (таблица 5.5 настоящего свода правил);
• удельная масса трубы \gamma_{\text{тр}} = 72,6\text{кН}/\text{м}^{3};
• модуль деформации грунта засыпки Eгр = 1,0 МПа;
• расчетное внутреннее гидростатическое давление в трубопроводе Pраб = 1,6 МПа;
• атмосферное давление при образовании в трубопроводе вакуума Pвак = 0,1 МПа;
• укладка труб в насыпь;
• коэффициент надежности по нагрузке n = 1,15.

9.5.2 Определяют параметр, характеризующий жесткость трубопровода (формула (5.13) настоящего свода правил):

\text{Р}_{\text{Л}} = 2\text{Е }(\frac{h}{D - h})^{3} = 2 \cdot 1,7 \cdot 10^{5}(\frac{9,9}{635 - 9,9})^{3} = 1,35\text{МПа}.

9.5.3 Значение равнодействующей от давления грунта в насыпи составляет:

Q_{\text{гр}} = n\gamma HD_{\text{н}}K_{\text{н}} = 1,15 \cdot 16,7 \cdot 2,0 \cdot 0,635 \cdot 1,0 = 24,4\text{кН}/\text{м}.

Коэффициент концентрации давления грунта Kн = 1.

9.5.4. Равнодействующая расчетной вертикальной нагрузки от собственного веса трубы определяется по формуле (5.23) настоящего свода правил:

Q_{\text{тр}} = n\pi\gamma_{\text{т}}hD_{\text{ср}} = 1,15 \cdot 3,14 \cdot 72,6 \cdot 0,0099 \cdot 0,635 = 1,64\text{кН}/\text{м},

\gamma_{\text{т}} — удельная масса трубы = 72,6 кН/м3.

9.5.5. Равнодействующую расчетную вертикальную нагрузку от массы транспортируемой воды Qв, кН/м, определяют по формуле (9.8) настоящего свода правил:

Q_{\text{в}} = n \frac{\pi}{4} \gamma_{\text{н}}D_{\text{в}}^{2} = 1,1 \cdot 0,785 \cdot 9,8(0,635 - 2 \cdot 0,0099)^{2} = 3,3\text{кН}/\text{м},

где n — коэффициент надежности по нагрузке, 1,15;

Dв — внутренний диаметр трубы, м; Dв = Dн — 2h;

\gamma_{\text{н}} — удельная масса транспортируемой воды = 9,8 кН/м3.

9.5.6 Расчет изгибающих моментов

Момент от воздействия грунта при опирании трубы на плоское основание (2\alpha = 30^{\circ}) определяется по формуле (9.11) настоящего свода правил:

M_{\text{г}} = 0,252Q_{\text{гр}}^{\text{в}}r_{\text{ср}} = 0,252 \cdot 24,4 \cdot 0,312 = 1,91\text{кН } \cdot \text{м},

где rср — срединный радиус трубы, r_{\text{ср}} = \frac{D_{\text{н}} - h}{2} = 0,312\text{м} .

Момент от воздействия массы трубы и воды:

M = 0,199(Q3Q2)rср = 0,199(1,64·3,3)0,312 = 0,27 кН·м.

9.5.7 Расчет суммарного момента

M0 = 1,91 + 0,27 = 2,18 кН·м;

Q_{\text{экв}} = \frac{\text{М}_{0}}{0,318r_{\text{ср}}} = \frac{2,18}{0,318 \cdot 0,312} = 21,97\text{кН}.

9.5.8. Предельная раздавливающая нагрузка на трубу, уложенную в грунт определяется по формуле (5.38) настоящего свода правил:

Q_{\text{пр}}^{0} = \frac{mRh^{2}}{0,95\eta D_{\text{н}}} ,

где R — расчетная прочность, равная 300 МПа;

m — коэффициент условий работы материала труб, равный единице при доверительной вероятности p* >= 0,997;

\eta — коэффициент, характеризующий боковое горизонтальное давление слабого грунта (отпор грунта), таблица 9.1 настоящего свода правил, \eta = 1 .

Q^{0} = \frac{300 \cdot 10^{3}(0,0099)^{2}}{0,95 \cdot 1 \cdot 0,635} = 46,3\text{кН}/\text{м}.

Для труб класса К-9 Q0 = 47,0 кН/м.

Вывод. Несущая способность трубы класса К-9 на внешнюю нагрузку достаточна для обеспечения надежной работы трубопровода, так как Q0 = 46,30 кН/м < 47,0 кН/м.

9.5.9. Расчет прочности трубы, уложенной на грунтовое основание с выкружкой 2\alpha = 120^{\circ} показал, что в этом случае несущая способность на внешнюю нагрузку трубы класса К-9 удовлетворяет условиям расчета на прочность.

9.5.10 Критическое внешнее равномерное давление на трубу класса К-9 определяется следующим образом:

Из условия \text{Р}_{\text{г}} \leq \frac{\text{Р}_{\text{л}}}{4} получают Pг = 0,125 МПа, тогда Pл = 11,35 МПа.

Pл — жесткость трубы, МПа, по М. Леви;

Pг — жесткость грунта, МПа.

q_{\text{экв}} = \frac{Q}{D_{\text{н}}} = \frac{21,97}{63,5} = 0,345\text{МПа} . Коэффициент запаса K_{0} = \frac{1,35}{0,345} = 3,91 — условиям устойчивости труба удовлетворяет.

9.5.11 Определяют значение жесткости при внешнем нагружении для трубы класса К-9:

f_{1} = \frac{Q_{\text{экв}}}{4\text{Р}_{\text{л}}} ,

где f_{1} = \frac{21,97}{4 \cdot 1,35} = 4,08\text{мм} — прогиб кольца трубы.

f0 = 4,08 <= 0,03·63,5 = 19,5 мм.

Коэффициент запаса K0 = 19,5/4,08 = 4,8.

Рл — жесткость по М. Леви = 1,35 МПа.

Допустимый прогиб кольца трубы f0 при 3% от 63,5 см составит: f0 = 0,03·63,5 = 19,5 мм.

Условиям жесткости труба класса К-9 удовлетворяет, так как f1 <= f0.

9.5.12 Расчет трубопровода на комбинированную нагрузку

Определяют значение допустимого внутреннего давления для засыпанного трубопровода

\text{Р}_{\text{доп}} = \text{Р}^{0}(1 - \frac{Q_{\text{пр}}}{Q^{\text{г}}}) = 10,0(1 - \frac{21,97}{47,0}) = 5,1\text{МПа};

Qпр = 21,97 кН/м, приведенная внешняя нагрузка на 1 м; тогда K_{0} = \frac{5,1}{1,6} = 3,10 , где 1,6 МПа — рабочее давление.

Расчеты показывают, что прокладка напорного трубопровода из труб ВЧШГ класса К-9 диаметром 63,5 см на рабочее давление 1,6 МПа удовлетворяет всем прочностным требованиям.

9.5.13 Значение давления на основание трубопровода рассчитывают по формуле

q = \frac{R^{0}}{D_{\text{н}}sin\alpha} = \frac{28,86}{0,23 \cdot 63,5} = 1,97\text{МПа}.

R^{0} = \sum Q = 24,4 + 1,55 + 2,917 = 28,86\text{кН}/\text{м},

где R^{0} — сумма равнодействующих от всех видов внешних нагрузок, действующих на трубу. Нагрузка от транспорта отсутствует.

9.5.14. Расчеты показывают, что прочность грунта основания должна быть не менее 2,0 МПа, что по классификации таблицы Б.1 ГОСТ 25100 относится к категории низкой прочности. При укладке труб на грунты очень низкой прочности < 1 МПа, необходимо усилить основание по 11.30 СП 31.13330.

9.5.15. При параллельной прокладке нескольких линий водоводов (заново или дополнительно к существующим) расстояние в плане между наружными поверхностями труб следует устанавливать с учетом проекта производства и организации работ и необходимости защиты от повреждений смежных водоводов при аварии на одном из них, см. таблицу 26 СП 31.13330 для стальных труб.

9.5.16. Учитывая высокую надежность и прочность труб из ВЧШГ, расстояние между трубами диаметром до 1000 мм и выше следует устанавливать как для стальных труб в зависимости от их диаметра для всех видов грунтов. Для давлений более или равных 1 МПа в соответствии с 11.49 СП 31.13330 при прокладке трубопроводов на застроенных территориях и промышленных предприятиях и применении труб, исключающих возможность повреждения соседних водоводов при аварии на одном из них, разрешается уменьшать расстояние между трубами. Этим требованиям отвечают трубы из ВЧШГ, поэтому расстояние между трубопроводами следует устанавливать не менее 40 см (в свету) для труб диаметрами до 400 мм и 60 см — для труб диаметрами до 1000 мм и выше.

9.5.17. Соединительные фасонные части для трубопроводов, прокладываемых на всех видах грунтов должны быть аналогичны приведенным в приложении Б настоящего свода правил. Сварные фасонные части соединительные из высокопрочного чугуна для напорных трубопроводов аналогичны приведенным в [21].

9.5.18. При прокладке трубопроводов на слабых грунтах возможно применение труб с соединением «TYTON» только при устройстве упоров, препятствующих расстыковке трубопровода. При невозможности устройства упоров, следует применять только трубы с соединениями типов «RJ» и «RJS» или их сочетание (см. раздел 11*).

10*. Проектирование трубопроводов из ВЧШГ

на просадочных грунтах

10.1 Основные положения расчета на прочность и деформативность труб на просадочных грунтах

10.1.1 При применении трубопроводов из труб ВЧШГ на просадочных грунтах необходимо соблюдать следующие условия:

• применение шарнирных замковых усиленных соединений типов «RJ» и «RJS» диаметрами 80 — 1000 мм различных классов прочности;
• достаточная площадь опирания, при деформируемом основании;
• устойчивость элементов конструкций при деформациях основания;
• совместность деформаций грунта и трубопроводов.

Расчет проводят в соответствии с 6.4.1, 6.4.3 и 6.4.13 СП 21.13330.

10.1.2 Расчетная схема трубопроводов следующая:

• расчет на прочность с определением возможного прогиба секции трубопровода;
• расчет на прочность и деформативность стыка трубопровода при допустимой осадке грунта;
• расчет на одновременное деформирование грунта основания и трубопровода;
• расчет на прочность и деформативность единичных труб на поперечный изгиб трубы при расчетном прогибе.

10.1.3. Основным расчетным положением при проектировании трубопроводов из ВЧШГ является совместность деформации осадки грунта основания и трубопроводов, расчет на прочность трубопроводов при допустимых просадках грунта 20 см и более.

10.1.4. Раструбные замковые соединения труб из ВЧШГ типа «RJ» и «RJS» являются шарнирными и обеспечивают возможность изгибаться трубам как в вертикальном, так и горизонтальном и в продольном направлениях, имеют три степени свободы.

Раструбное соединение «TYTON» не является замковым. Поэтому возможно раскрытие соединения при просадках грунта. Такие подвижки стыков возможны при укладке труб в грунтах с просадочностью I и II типа (просадкой до 20 см). Поэтому трубы из ВЧШГ с соединениями «TYTON» следует применять только при устройстве упоров, препятствующих расстыковке трубопровода.

10.1.5. Расчет трубопроводов с соединениями «RJ» и «RJS» должен проводиться на совместное воздействие окружных растягивающих напряжений и напряжений растяжения в осевом направлении от воздействия гидравлического давления и напряжения от растягивающих напряжений от просадки трубопровода.

10.1.6. Расчет труб на кольцевые нагрузки от воздействия грунта и внутреннего давления проводят в соответствии с 5.8. Несущую способность трубопровода на осевые нагрузки определяют по таблице 10.4. Напряжение изгиба трубопровода от просадки грунта незначительны и в расчет не принимают.

В таблице 10.1 приведены характеристики шарнирных соединений труб типа «RJ» и «RJS». Соединения типов «RJ» и «RJS» неразъемные, «TYTON» — разъемное.

Таблица 10.1

Характеристики соединения «TYTON», «RJ» и «RJS» для изгиба

10.1.7. Повороты большого радиуса следует выполнять с помощью изгиба соединений. В этом случае трубы при соединении должны быть выровнены как в вертикальной плоскости, так и в горизонтальной. Изгиб в стыке выполняют при полностью собранном соединении. Схема геометрии изгиба соединений приведена на рисунке 10.1.

L — длина трубы, м; R — радиус изгиба; \Delta\theta — изгиб соединения

(в градусах); \theta — угол изменения направления поворота

трубопровода (в градусах)

Рисунок 10.1 — Схема изгиба трубопровода

с раструбными соединениями

Радиус изгиба R_{f} = \frac{L}{2sin \frac{\Delta\theta}{2}} .

Длину участка изменения направления трубопровода определяют по формуле

C = NL, (10.1)

где N — число труб, необходимое для изменения направления, N = \frac{\theta}{\Delta\theta} ;

L — длина трубы, м.

При указанных изгибах изгибающие напряжения в раструбах отсутствуют.

10.2 Расчет труб и соединений типа «RJS» на прочность

10.2.1. Расчет труб и соединений «RJS» на прочность проводится как для провисающей упругой нити на податливом основании с защемленными двумя концами, которые находятся на одной высоте.

10.2.2 Прогиб f в середине параболы и натяжении нити Fc определяют по формуле

f = \frac{ql^{2}}{8H} . (10.2)

Натяжение нити определяют по формуле

F_{c} = \frac{ql^{2}}{8f} , (10.3)

где q — интенсивность нагрузки, кН/м;

l — длина нити трубопровода, м;

f — прогиб нити трубопровода, см, формула (10.2).

Пользуясь формулами при заданных значениях f можно определять значение натяжения нити, т.е. трубопровода, при допустимых значениях f, равных 20 см, приведенных в 16.108 СП 31.13330.

10.2.3. Принимая, что на участке ось трубопровода приняла форму параболы (или окружности), с учетом формулы (10.2) можно определить радиус кривизны, допуская, что l \gg f .

R_{f} = \frac{l^{2} + 4f^{2}}{8f} = \frac{1}{2} (\frac{l^{2}}{4f} + f) \approx \frac{l^{2}}{8f} , (10.4)

где l — длина уложенного трубопровода, м;

Rf — радиус изгиба трубопровода от провисания, м.

10.2.4. При известном значении Rf можно вычислить возможную стрелу прогиба f трубопровода при просадочном грунте по формуле

f = \frac{l^{2}}{8R_{f}} . (10.5)

10.2.5. Суммарное напряжение от воздействий внутреннего давления и горизонтальных сил от провисания оси трубопровода можно вычислить по формуле

\sigma_{0} = \sqrt{\sigma_{\text{к}}^{2}} + \sigma_{\text{г}}^{2} - \sigma_{\text{к}}\sigma_{\text{г}} \leq R_{\text{р}} \leq 300\text{МПа}, (10.6)

где \sigma_{\text{к}} — напряжение в кольцевом направлении, МПа;

\sigma_{\text{г}} — горизонтальное напряжение от воздействия гидравлического давления и силы натяжения от прогиба оси трубопровода;

Rр — расчетное напряжение, равное 300 МПа.

10.2.6. Поверочный расчет труб диаметрами 80 — 200 мм на прогиб как одиночной трубы производят на поперечный изгиб с двумя опертыми концами, прогиб балки в середине пролета от равномерно распределенной внешней нагрузки определяют по формуле

f = \frac{ql^{2}}{76EJ} , (10.7)

где q — распределенная внешняя нагрузка, кН/м;

l — расчетный пролет трубчатой балки, м;

E — модуль упругости трубы 1,7·105 МПа;

J = r3h — момент инерции поперечного сечения трубы, м4;

\sigma_{4} = \frac{M}{W} = \frac{M}{\pi r^{2}h} — напряжение изгиба трубы при f = 0,2 м, МПа.

10.2.7. Допустимый прогиб раструба двух смежных соединенных труб определяют по таблице 10.1 и рисунку 10.1 как смещение \Delta d , см. Для всех диаметров труб \Delta d больше f в средине параболы или окружности поверхности прогиба.

10.3 Несущая способность трубы в продольном направлении

10.3.1. Замковое соединение типа «RJS» позволяет воспринимать гидравлическое внутреннее давление без расстыковки соединения.

Конструкция соединения приведена на рисунке 10.2.

1 — муфта раструба; 2 — конец трубы; 3 — кольцеобразный

упор; 4 — уплотняющая манжета; 5 — стопорный элемент;

6 — фиксирующая лента; 7 — кольцевой паз;

8, 9 — окна на торце муфты

Рисунок 10.2 — Замковые соединения типа «RJS»

Труба из высокопрочного чугуна, изготовленная методом центробежного литья, имеет гладкий конец 2, где на некотором расстоянии от его края наплавляется кольцеобразный упор 3. Муфта раструба 1 имеет кольцевой дугообразный паз 7 и два окна 8 и 9 на торце муфты. В муфту раструба устанавливают уплотняющую манжету 4, гладкий конец трубы 2 вдвигается в муфту раструба 1. Через окно муфты раструба 8 вставляются стопорные элементы 5 и по кольцевому пазу 7 распределяют вправо и влево вокруг всей окружности гладкого конца трубы 2. После установки всех стопорных элементов 5, предусмотренных конструкцией соединения, их поворачивают в одну сторону до тех пор, пока два последних стопорных элемента будут видны из окна 8 наполовину.

Для облегчения передвижения стопорных элементов по окружности трубы, предусмотрено окно 9. Стопорные элементы 5 стягивают фиксирующей гибкой лентой 6.

10.3.2. Конструкция стопорных элементов для труб диаметрами 700 мм приведена на рисунке 10.3, а их размеры и число — в таблице 10.2. Конструкции таких элементов для других диаметров труб аналогичны.

Рисунок 10.3 — Стопорные элементы под соединение типа «RJS»

Таблица 10.2

Основные размеры и масса стопорного элемента, мм

10.3.3. При укладке труб немерной длины, после их укорачивания, необходимо восстановить на гладком конце упорный валик методом наплавки электродуговой сваркой железоникелевым электродом. Форма валика и его основные размеры указаны на рисунке 10.4 и таблице 10.3.

Рисунок 10.4 — Гладкий конец трубы с наплавленным валиком

Таблица 10.3

Основные размеры валика, мм

Приварку упорного валика осуществляют с помощью медного направляющего кольца для позиционирования шва.

10.3.4. Несущую способность соединений типов «RJ» и «RJS» в продольном направлении определяют максимальной нагрузкой, которая создается внутренним давлением воды при котором сохраняется целостность раструба трубы.

10.3.5. Основным критерием оценки надежности соединений типов «RJ» и «RJS» принята прочность раструба с введением расчетных коэффициентов, обеспечивающих допускаемые нагрузки, а также результаты испытаний. Значения несущей способности соединений приведены в таблице 10.4, где максимально допустимые усилия от воздействия внутреннего давления (несущая способность соединения в продольном направлении) и допустимый радиус закругления трубопроводов приняты в качестве основных расчетных характеристик для укладки трубопроводов на просадочных грунтах.

Таблица 10.4

Несущая способность труб в продольном направлении

10.3.6 Пример расчета

В соответствии с Д.13 приложения Д СП 21.13330 проектирование трубопроводов следует проводить с соблюдением основных требований СП 31.13330 и настоящего свода правил.

Исходные данные для расчета: трубопровод диаметром 635 мм, из трубы класса К-9, укладывают на просадочный грунт типа II с возможной просадкой грунта 0,2 м. Длина площадки усадочности — 60 м, рабочее давление — 1,6 МПа, испытательное давление — 2,5 МПа. Трубопровод защемлен с двух концов.

Суммарная удельная внешняя равнодействующая нагрузка:

R0 = Qгр + Qтр + Qв = 24,4 + 1,55 + 2,91 = 28,86 кН/м.

Значение натяжения трубопровода при осадке основания (прогибе) 0,2 м.

F_{c} = \frac{ql^{2}}{8f} = \frac{28,86 \cdot 3600}{8 \cdot 0,2} = 64,93\text{кН}.

В таблице 10.4 максимальное осевое усилие прочности соединения «RJS» равно 1200 кН. Натяжение Fc составляет \frac{64,93}{1200} = 0,054 или меньше 6,4%.

Напряжение в стенке трубы в продольном направлении от воздействия силы N:

\sigma_{\text{т}} = \frac{N}{F} = \frac{P\pi D_{\text{в}}^{2}}{4\pi D_{\text{в}}h} = \frac{PD_{\text{в}}}{4h} ,

где F — площадь сечения трубы;

при P = 1,6 МПа \sigma_{\text{т}} = 25,4\text{МПа} ;

при P = 2,5 МПа \sigma_{\text{т}} = 39,2\text{МПа} .

Кольцевые напряжения от воздействия внутреннего давления:

\sigma_{\text{о}} = \frac{PD_{\text{в}}}{2h} = \frac{P61,52}{2h} ,