Трубы изготовляются в прямых отрезках длиной от 5 до 12 м с кратностью 0,5 м, предельное отклонение длины от номинальной — не более 1 %. Поставка труб осуществляется партиями. Партией считается количество труб одного размера (номинального наружного диаметра и толщины стенки), изготовляемых из сырья одной марки или на одной технологической линии и сопровождаемых одним документом о качестве, содержащим: наименование и (или) товарный знак предприятия-изготовителя; номер партии и дату изготовления; условное обозначение трубы; размер партии в метрах; марку сырья; условия и сроки хранения; результаты испытания или подтверждение о соответствии качества труб требованиям стандарта. Полиэтиленовые трубы (ГОСТ 185–99) могут поставляться с наружным защитным покрытием «Протект» (СТО 73011750004–2008), нанесенным соэкструзией или намоткой в виде тонкостенного слоя из упрочненного полипропилена (плотность около 1,0 г/см3). Покрытие предназначено для защиты от механических повреждений при транспортировании, монтаже и эксплуатации труб. Толщина п и масса mп защитного покрытия должны соответствовать требованиям (табл. 5).Известно, что поперечное сечение полиэтиленового трубопровода, находящегося в грунте либо в ветхом трубопроводе под действием грунтовых и транспортных нагрузок, а также нагрузок от грунтовых и талых вод, овализуется, а материал трубы ползет, и со временем происходит релаксация напряжений. Когда труба деформируется в земле, то нагрузка передается на окружающий грунт. В одних случаях это повышает несущую способность трубы. В других случаях, в условиях постоянно действующего внешнего гидростатического давления, от указанных нагрузок деформация нарастает до тех пор, пока не возникает неустойчивое положение у ПЭтрубы. Нестабильность может привести к разрушению, к выпучиванию. Разрушение или выпучивание трубы происходит под действием постоянной внешней гидростатической нагрузки, превышающей некоторое критическое давление, которое зависит от размеров трубы и ее свойств. Как показывает анализ литературных источников, а также собственный опыт, поперечное сечение полиэтиленового трубопровода, прогибаясь, принимает форму овала при наружной нагрузке, причем предел работоспособности обратно пропорционален кривизне сечения стенки трубы: (1) где P — критическое давление выпучивания; E — модуль упругости; m — коэффициент Пуассона; I — момент инерции поперечного сечения; R — средний радиус трубы; C — коэффициент, учитывающий овальность трубы. Коэффициент объединяет вместе поправки на эллиптичность, изменение толщины стенок и т.д. Для гибкой полиэтиленовой трубы учитываются явления ползучести путем введения долговременного секущего модуля и долговременного коэффициента Пуассона. Коэффициент C можно определять по теоретической формуле [1]: (2) где D — наружный диаметр трубы; e — толщина стенки трубы. На практике обычно принимают C = 1.Предлагается [2] экспериментально полученное для полиэтиленовой трубы выражение, в котором пренебрегается отношением толщин стенки, т.к. его влияние весьма мало: (3) Формулы (1) и (3) описывают поведение свободно лежащей полиэтиленовой трубы (в воде, в текучем грунте и т.п.).Полиэтиленовая труба, уложенная в грунте, будет сопротивляться внешнему давлению, большему, чем в предыдущем случае. Для определения критического давления выпучивания полиэтиленовой трубы, окруженной грунтом, предлагается [3] выражение: Pк = 0,67EгP, (4)где Pк — давление выпучивания в трубе, окруженной грунтом; P — давление выпучивания для трубы, лежащей свободно (по формуле (1)); Eг — секущий модуль грунта или 0,5kпr, где kп — коэффициент постели грунта по Шпенглеру, а r — радиус поперечного сечения трубы. Основной метод расчета полиэтиленовых трубопроводов в грунте [5] предполагает, что для них наиболее опасна деформация под давлением — выпучивание под действием наружной гидростатической нагрузки. В экспериментах полиэтиленовые трубы подвергались нагружению внешним гидростатическим давлением в специальной камере. Камера представляла собой стальную трубу большего диаметра с фланцевыми соединениями. Посредством этих соединений полиэтиленовая труба герметизировалась в полости испытательной камеры. К камере были подключены трубопроводы — для подачи в нее воды и воздуха. Камера была оснащена манометрами — системой измерения гидростатического давления воды. При испытаниях помимо давления фиксировалась температура воды. Все испытуемые образцы подвергались тщательному измерению диаметров, толщин стенок и овальности. В испытаниях использовались полиэтиленовые трубы диаметром 150 мм. При изучении образцов с цементным строительным раствором полиэтиленовая труба диаметром 150 мм помещалась концентрично внутри отрезка 200 мм трубы диаметром 200 мм с 12ю отверстиями диаметром 12,5 мм (в трех местах вдоль оси и в четырех точках по окружности). В эти отверстия помещались деревянные стержни до стенок внутренней полиэтиленовой трубы. Межтрубное пространство в образце из двух полиэтиленовых труб, заглушенном снизу, заполнялся жидким цементным раствором. После полного отверждения цементного раствора затычки удалялись, и образец помещался в испытательную камеру. Указанные выше отверстия диаметром 12,5 мм служили доступу воды при испытаниях: тем самым имитировались небольшие трещины или пустоты в реальных условиях. Отметим, что местное давление в таких отверстиях на практике приводит к локальным разрушениям. Пустоты большего размера в цементном строительном растворе, служившем опорой, были подвергнуты внимательному анализу. Пространство пустот длиной в один или два диаметра трубы специально создавалось в образцах с трубой, заделанной в цемент, и затем проводились испытания. Вдобавок, образец цементировался так, что цемент охватывал чуть больше полуокружности вдоль оси трубы. Аналогичным образом проводились испытания с образцами, наполнителями в которых являлись различный грунт (песок, гравий и др.).Исследования показали, что обычно изменение диаметра начиналось в виде общего уменьшения, а продолжалось в виде изменения овальности вблизи центра отрезка трубы. Обычно испытания доводились до относительной овализации поперечного сечения труб = 10 % (от Dmin). Относительная овализация поперечного сечения трубы: Наблюдения также убедили в том, что скорость разрушения труб или скорость уменьшения их диаметра нарастает после 10 % изменения диаметра свободно лежащих в установке полиэтиленовых труб. Изучалось также поведение образцов, заделываемых грунтом и цементным строительным раствором. Результаты многолетних испытаний (рис. 1) показаны для времени до разрушения, когда достигается = 10 % от D.На рисунке наклонные кривые, преходящие через экспериментальные точки, экстраполированы на срок службы в 50 лет. Здесь уместно отметить, что, как видно из рисунка, кривые критических давлений выпучивания практически аналогичны кривым для долговременного поведения модуля упругости полиэтилена. Обработка полученных данных с модификацией классического уравнения выпучивания совместно с функциональной зависимостью модуля упругости полиэтилена от времени и температуры позволила получить следующее соотношение: E = 10(5,88 – 0,67lg() – 0,6lg(t)), (7)где — время, ч; t — температура, °F.Из формулы (6) и получается коэффициент Ca (3).Однако в [4] предлагается другой подход к нахождению поправочного коэффициента, используемого в классическом уравнении выпучивания — это куб отношения первоначального среднего радиуса трубы к наибольшему радиусу эллипса, форму которого труба в действительности принимает. Это может быть уже некруглая труба при приемке, или же это может быть эллипс, возникший тогда, когда труба уложена в грунт, т.е. тогда, когда труба испытала либо вертикальную, либо наружную гидростатическую нагрузку. Поправочный коэффициент в этом случае вычисляется по формуле: Различие между значениями коэффициентов Cg (8) и Ca (3) при = 10 % от D составляет около 5 % (табл. 6), что вполне приемлемо для указанных результатов экспериментов. Зависимость коэффициентов Cg и Ca от в табл. 6 выражается формулами (9) и (10): Рассмотренное позволяет констатировать, что критическое давление выпучивания зависит от величины SDR (толщины стенки полиэтиленовой трубы) — чем больше показатель SDR, тем меньше значение критического давления выпучивания (при одном и том же диаметре полиэтиленовых труб). Если полиэтиленовая труба деформируется и становится не идеально круглой, то она становится слабее и может разрушиться при давлении, меньшем, чем для круглой трубы: толщина стенок остается неизменной, а значение D нужно брать такое, которое соответствует наибольшей оси эллипса (естественно, эта величина больше, чем диаметр круглой трубы). Кроме того, как следует из (8), главной переменной величиной является модуль упругости полиэтилена E и его зависимость от времени — это следует обязательно учитывать. Экстраполированные кривые на рис. 1 показывают разрушающие давления на срок до 50 лет. Вдобавок, можно легко определить разрушающее давление для одного года, одного дня, одного часа, пяти минут и др. Выпучивающее напряжение полиэтиленовой трубы можно увеличить, если с боковых сторон трубы создать опоры из грунта или из цементного раствора. Эта опора заставит трубу вести себя так, как если бы она имела более толстые стенки. А в результате допустимое значение Pк увеличивается. В приближенных расчетах можно пользоваться упрощенным выражением (4).На рис. 1 кривые для труб, опорой для которых служил гравий, песок, строительный раствор, всегда попадают в область более высокого давления разрушения по отношению к безопорным (свободно располагаемым, например, в воде) трубам такого же размера. В общем, анализ данных рис. 1 убеждает в том, что в случаях заделки труб цементным строительным раствором их сопротивление возрастает примерно в 5–6 раз. То есть полиэтиленовая труба, окруженная цементным строительным раствором, может выдержать внешнее гидростатическое давление в 5–6 раз большее, чем такая же полиэтиленовая труба, находящаяся в воде. Полиэтиленовые трубы с опорами из гравия или песка будут характеризоваться выигрышем всего приблизительно в два-три раза. Отсюда вытекает, что полиэтиленовые трубы должны укладываться в землю так, чтобы грунт вокруг них был хорошо уплотнен, чтобы он их хорошо защищал от гидростатического давления внешних нагрузок. Полиэтиленовые трубы, размещаемые в ветхих трубопроводах (метод т.н. «реляйнинга»), целесообразно цементировать, заполняя межтрубное пространство цементным строительным раствором. Заполнение кольцевого зазора цементным раствором дает огромный выигрыш, например, при укладке под водой на глубине (здесь следует заметить: во время заполнения кольцевого зазора надо следить за давлением нагнетания с тем, чтобы не разрушить тонкостенную полиэтиленовую трубу).Экономичность применения полиэтиленовых труб во многом зависит от их толстостенности. Когда используется метод реляйнинга, цементирование межтрубного пространства дает и другие выгоды. Например, когда шелыга старого трубопровода повреждена, т.е. существует опасность попадания грунта через отверстия в трубопровод. Эта грунтовая нагрузка носит локальный характер, и нет сопротивления от боковой засыпки, есть локальная нагрузка на внутреннюю полиэтиленовую трубу, а цементирование предохраняет от этого. Когда в кольцевом зазоре находится цементный раствор, внутренняя полиэтиленовая труба не может деформироваться, даже когда нагрузки велики. Следует указать, что для создания наибольшего эффекта цементная опора должна охватывать не менее 80 % сечения. В противном случае деформация возникает так, как будто бы цементации нет. Небольшие пропуски или дыры на длине один-два диаметра D полиэтиленовой трубы не создают существенных изменений по сравнению со сплошным покрытием, общее сопротивление остается без изменения. ❏ 1. Mechanical Engineering Handbook, Mark’s 3rd Edition, 1930, 432 p. 2. Allman W.B. American Gas Association Conference “Operating Sections Proceedings”, Los Angeles, Cal., Catalog No. X50875, May 5–8, 1975. 3. Allman W.B. Plastic Pipe Institute Annual Meeting, Palm Springs, Calif., April 18–21, 1977. 4. Gaube E., Mu_ller W. and Falcke E. “The Statics of Rigid Polyethylene Drain Pipes”, Kunststoffe, 64, April 1974, p. 193–196.