Объясняется это следующими соображениями. Надежная работа полимерных трубопроводов на срок эксплуатации закладывается при проектировании [2] — за счет соответствующего подбора показателей трубопровода (труб и соединений), а для подземных — еще и при производстве земляных работ [3]— путем обеспечения требуемых параметров грунтов, окружающих этот трубопровод. Что касается подбора показателей труб и соединений для устройства трубопроводов различного функционального назначения, в т.ч. подземных, то можно пользоваться рекомендациями, приводимыми, например, в СП 40-102–2000 [4].В указанном СП также приводится методика прочностного расчета трубопроводов из полимерных материалов при подземной прокладке (приложение Д), которая учитывает характер работы системы «грунт – полимерная труба» во времени. В методике содержатся отдельные факторы технологий производства земляных работ и некоторые параметры грунтов [5], правильный выбор которых для конкретных условий прокладки полимерного трубопровода до сих пор остается весьма сложной задачей [6]. Характер работы системы «грунт – полимерная труба» многообразен, что связывается, в первую очередь, с расположением трубопровода в грунтовом массиве как при укладке, так и в процессе последующей эксплуатации. Наиболее массовой укладкой труб наружным диаметром d, см, на глубину h, см, является траншейная. Причем наиболее предпочтительна, как показывает практика, укладка в узкую траншею: в этом случае на трубу— в отличие от прокладки ее в широкой траншее— с обеих сторон действуют равномерные минимальные нагрузки. При расположении нескольких труб на разных уровнях в одной траншее на трубы, находящиеся в верхнем уровне, действуют большие нагрузки, чем на трубы, уложенные внизу. В таких случаях, несмотря на увеличение объема земляных работ, все полимерные трубы следует укладывать на одном уровне (нижнем).Максимальные нагрузки испытывают полимерные трубы, уложенные в насыпи. С целью снижения объема земляных работ, проанализированы 11 основных грунтовых зон вокруг полимерных трубопроводов. Анализ убеждает в том, что при выполнении земляных работ качество устройства каждой грунтовой зоны не только влияет на капитальные и трудовые затраты, но и определяет работоспособность полимерных трубопроводов при эксплуатации. Объясняется это тем, что полимерные трубы гибки. Под действием вертикальной нагрузки от грунта и транспорта они сплющиваются, образуя поперечное сечение эллиптической формы. При этом в грунте возникает боковой отпор, который препятствует развитию деформации. Более того, вертикальное давление грунта засыпки на верхнюю часть полимерной трубы уменьшается благодаря образованию над ней грунтового свода. Замечено, что сжатие полимерного трубопровода в поперечном сечении происходит в три стадии. На первой стадии сжатие полимерной трубы развивается во время засыпки траншеи. Темп и величина такого сжатия зависят от типа труб, вида исходного грунта, степени уплотнения пазух траншеи, а также давления верхних слоев грунта на трубу. Сжатие полимерной трубы на второй стадии происходит в процессе стабилизации грунта в траншее под воздействием, например, вибрации от транспорта, движущегося над трубопроводом. В этом случае темп и величина сжатия зависят от нагрузки на полимерную трубу и угла ее опирания на дно траншеи. В третьей стадии сжатие полимерной трубы происходит при дальнейшей стабилизации грунта (особенно связного) вокруг трубопровода. Причиной увеличения продолжительности стабилизации могут быть изменения Егр грунта, который у слабых грунтов зависит от напряжения Pv и времени действия нагрузки. Изменение значения модуля упругости полимера,Е0, который при определенных растягивающих напряжениях в стенках труб может уменьшаться с течением времени с различной степенью интенсивности, также удлиняет процесс стабилизации системы грунт — полимерная труба. В стенках безнапорных полимерных трубопроводов растягивающие напряжения, как правило, остаются низкими, и при правильном выполнении земляных работ можно не всегда учитывать временное изменение модуля упругости полимера. Этот фактор необходимо учитывать практически всегда при сооружении полимерных трубопроводов, транспортирующих промышленные стоки. Ведь при этом модуль упругости полимера будет изменяться не только под действием растягивающих напряжений, но и от воздействия повышенных температур и агрессивных стоков. Количественная величина таких изменений модуля упругости полимера будет также зависеть от конкретных значений деформации сечения трубы. При назначении допустимых деформаций ψ(10,8 и 5%) для труб из ПЭ-32; ПЭ-63, ПЭ-80, ПЭ-100 и ПВХ учитывают начальные деформации, ψ0, образуемые при транспортировке и складировании, и деформации, происходящие в процессе укладки труб — ψм и в процессе эксплуатации трубопроводной сети — ψэ. Конечная деформация поперечного сечения полимерных труб зависит от глубины заложения трубопровода и кольцевой жесткости труб и продолжается до того момента, пока давления грунта на их оболочку в вертикальном и горизонтальном направлениях не уравновесятся. После этого сечение труб уже практически не изменяет свою форму. Теоретические расчеты и практический опыт прокладки трубопроводов убеждают в том, что угол наклона стенок траншеи не влияет на деформацию полимерных труб, поэтому его не учитывают при выборе их типа. При выборе ширины траншеи принимают во внимание возможность крепления ее стенок (если это требуется по условиям строительства). Ширина траншеи на уровне продольной оси должна быть примерно на 40 см больше наружного диаметра полимерной трубы для того, чтобы оптимально уплотнить грунт. Максимальная глубина траншеи определяется гидравлическим расчетом, например, по методике СП 40-102–2000. При этом подбирают уклон самотечного трубопровода, обеспечивающий самоочищающие скорости течения стоков. Минимальная глубина траншеи принимается с учетом промерзания грунта. Для засыпки полимерного трубопровода применяют как несвязные, так и связные грунты (кроме ила, торфа, разжиженной глины).Наиболее целесообразно использовать грунты, которые требуют минимальных трудовых затрат на уплотнение. К сожалению, такие грунты не всегда имеются на трассе. Привозной грунт, как известно, значительно удорожает строительство. Все же, в таких случаях иногда более выгодно применять местный грунт с соответствующим его уплотнением. При выполнении земляных работ при прокладке полимерного трубопровода выработанный грунт (если его предполагается использовать для устройства защитных зон) укладывают в отвал так, чтобы он не перемешивался со льдом и снегом, а также с грунтом, имеющим худшие показатели. Если монтаж полимерного трубопровода ведут в холодное время года, принимают меры по защите дна траншеи от промерзания, чтобы под уложенным полимерным трубопроводом не осталось промерзшего твердого грунта. В слабых грунтах, при несущей способности менее 0,1 МПа (например, в связных или свеженасыпных) дно траншеи укрепляют слоем гравия, щебня либо деревянными настилами, бетонными плитами, которые в случае необходимости укладывают на свайное основание. При использовании гравия (щебня) для укрепления основания ни в коем случае нельзя допустить, чтобы такое основание работало в качестве дренажа. Для этого на дно траншеи необходимо насыпать слой глинистого грунта минимальной толщины— 10 см.Тем самым будет создан глинистый «замок», который предотвратит внутреннюю эрозию защитных зон и устранит возможность выноса частиц грунта из-под трубопровода грунтовыми и талыми водами. Деревянные или железобетонные настилы, укладываемые на сваях на дно траншеи, следует покрывать слоем песка толщиной 10–25 см. В целях предотвращения неравномерных осадок трубопровода (например, в месте перехода укрепленного дна траншеи в неукрепленное) необходимо устраивать переходные клинья путем отсыпки гравия, щебня, песка, причем размешать соединения труб на этих клиньях не допускается. Неравномерная осадка трубопровода может произойти и тогда, когда на дне траншеи имеется грунт с крупными каменистыми включениями; после их удаления образуются впадины или неуплотненные области грунта. В последнем случае нужно особенно хорошо уплотнять насыпной выравнивающий слой на дне траншеи. При выборе способа производства земляных работ необходимо учитывать время года, в которое выполняется прокладка трубопровода, т.к. от сезонного изменения температуры существенно зависят свойства грунтов. В процессе укладки полимерных труб с проектным уклоном иногда их сильно прижимают ко дну траншеи. Это приводит к тому, что выступы на дне траншеи вдавливаются в гибкие стенки полимерных труб, и происходит перераспределение давления, вызванное сжимаемостью грунта. Реакция опоры концентрируется в местах опирания полимерных труб на выступы, что может стать причиной преждевременного разрушения труб. В таких случаях трубопровод следует укладывать на уплотненный выравнивающий дно траншеи насыпной слой грунта толщиной 10–15 см (или на выровненное дно траншеи). Этот насыпной слой нельзя укладывать на замерзшее дно траншеи. Если на дне траншеи имеется снег или лед, его удаляют непосредственно перед отсыпкой выравнивающего слоя из талого грунта. Главным недостатком насыпного мягкого грунта является его подверженность размыву грунтовыми водами. Из-за пустот, образующихся в ложе трубопровода при размыве грунта, происходит концентрация давления и, как следствие, сильное сжатие полимерных труб в местах их опирания, что может привести к аварии. Для предотвращения такой опасности необходимо обязательно обеспечивать, чтобы мягкий грунт насыпного слоя хорошо дренировался и уровень воды в траншее при укладке труб был ниже верхней границы. После полной засыпки траншеи призма грунта над полимерным трубопроводом должна опираться в основном на уплотненный грунт в пазухах траншеи, а не на гибкую полимерную трубу. Формирование грунтового свода и выравнивание давления на стенки трубопровода приводят к тому, что в стенках полимерных труб преобладают напряжения сжатия, которые менее опасны для полимеров, чем напряжения растяжения. Поэтому над полимерными трубами укладывают слой мягкого грунта толщиной не менее 15 см. Для этого грунт уплотняют в меньшей степени, чем в пазухах траншеи, что позволяет получить над полимерным трубопроводом прочный грунтовый свод, который может выдержать значительные вертикальные нагрузки. Для образования свода над полимерным трубопроводом необходимо обеспечить непрерывность процесса заполнения грунтом защитных зон.К грунту защитного слоя предъявляются те же требования, что и к грунту выравнивающего слоя. В зоны, расположенные вокруг полимерного трубопровода, грунт насыпают с бровки на дно траншеи и выше. Отсыпка грунта непосредственно на полимерный трубопровод может повредить его, особенно если монтаж ведется при низких температурах, когда эластичность полимерных труб существенно снижается, или в жаркую погоду, когда жесткость тонкостенных полимерных труб мала. При отсыпке грунта в защитные зоны необходимо следить за тем, чтобы уложенные в проектное положение полимерные трубы не сместились. Поэтому грунтом нужно заполнять обе пазухи траншеи одновременно. В процессе уплотнения грунта в защитных зонах нельзя допускать ударов уплотняющего оборудования о стенки полимерных труб, т.к. это может их повредить. Для этого оборудование следует располагать от стенок полимерных трубы на расстоянии, равном толщине слоя грунта над трубопроводом, т.к. давление от горизонтально расположенного уплотняющего механизма распространяется вниз почти под углом 45° к его опорной поверхности. Уплотняющие механизмы не следует располагать по отношению к полимерному трубопроводу ближе, чем на половину их ширины. Условия производства работ при прокладке самотечных трубопроводов из полимерных труб можно условно разделить на три вида. Сложные условия (при наличии хотя бы одного из перечисленных признаков)— полимерный трубопровод предстоит укладывать в скальном либо каменистом грунте; на трассе полимерного трубопровода имеются органогенный грунт, плывун или грунт с малой несущей способностью (топь); глубина заложения полимерного трубопровода превышает 4 м; на полимерный трубопровод действуют постоянно или периодически поверхностные нагрузки; прокладка полимерного трубопровода ведется в зоне грунтовых вод; полимерный трубопровод размещается на крутом склоне; полимерный трубопровод прокладывается в непосредственной близости от здания. Нормальные условия (при наличии всех перечисляемых признаков)— грунты на трассе полимерного трубопровода не содержат крупных камней, прослоек органогенных почв; глубина заложения полимерного трубопровода не превышает 4 м; полимерный трубопровод будет воспринимать только нагрузки от грунта засыпки (поверхностная нагрузка носит случайный характер). Легкие условия (при наличии всех перечисляемых признаков)— полимерный трубопровод предстоит прокладывать в гравии, песке, мелкозернистой глине; глубина заложения полимерного трубопровода не превышает 2,5 м; на полимерный трубопровод будет действовать только нагрузка от грунта; полимерный трубопровод будет находиться выше уровня грунтовых вод. Для трубопроводов, укладываемых в сложных условиях, рекомендуется применять полимерные трубы с кольцевой жесткостью, согласно СП 40-102– 2000, класса «жесткая». При проведении земляных работ дно траншеи следует обязательно очистить от камней либо укрепить, для чего на дно насыпают выравнивающий слой грунта толщиной (в уплотненном состоянии) не менее 10 см.Если мореные грунты в траншее содержат на высоте выравнивающего слоя камни или твердые скальные осколки крупностью более 60 мм, то толщину этого слоя увеличивают до 15–20 см.Слой мягкого грунта такой же толщины насыпают в траншее, выполненной в скалистой породе, даже при относительно ровном ее дне. Для укладки гибких полимерных труб в проектное положение насыпной выравнивающий слой мягкого грунта можно уплотнять механическим путем. Защитные зоны в данных условиях уплотняют различными способами (ручной трамбовкой, механическими уплотнителями) послойно; толщина слоя уплотняемого грунта не должна превышать 25 см.Плотность грунта, уплотняемого утаптыванием, можно довести до 80%, а при использовании легких плоских уплотнителей (даже вручную) — до 85% и более. Уплотнение тяжелыми механизмами обеспечивает плотность при любых условиях не менее 80%.В гравийных и песчаных грунтах полимерные трубы укладывают на ровное естественное дно траншеи без насыпного слоя даже при глубине заложения трубопровода более 4 м. Плотность естественного грунта на дне траншеи должна быть меньше плотности насыпного грунта в защитных зонах. В противном случае дно траншеи перед укладкой полимерных труб следует несколько разрыхлить. Перед уплотнением первого слоя грунта в защитных зонах необходимо убедиться (путем использования визирки и проверки на «зеркало») в том, что трубопровод опирается на основание траншеи равномерно по всей длине и занимает проектное положение. К другим методам защиты оболочки гибкого полимерного трубопровода (например, к бетонированию) прибегают в тех случаях, когда несущая способность грунта недостаточна, и невозможно качественно уплотнить защитный слой. При уплотнении всегда следует стремиться к достижению однородной плотности грунта во всех зонах, за исключением зон, в которых грунт должен быть менее плотным. В нормальных условиях производства работ следует применять трубы с кольцевой жесткостью, согласно СП 40-102–2000, класса «полужесткая». Трубопровод может быть уложен на естественное дно траншеи без отсыпки выравнивающего слоя (в случае отсутствия на дне траншеи камней крупностью более 20 мм). При наличии камней такой крупности на дно траншеи насыпают выравнивающий слой толщиной не менее 10 см.Если крупность камней превышает 60 мм, толщину насыпного слоя необходимо увеличить до 15–20 см. Насыпной выравнивающий слой иногда устраивают на участке прокладки для повышения дна траншеи над уровнем грунтовых вод, причем этот слой обязательно уплотняют. Грунт защитных зон можно уплотнять вручную или даже утаптыванием послойно, если толщина каждого отсыпаемого грунтового слоя составляет менее 20–25 см. В легких условиях производства работ необходимо применять также полимерные трубы класса с кольцевой жесткостью, согласно СП 40-102– 2000, класса «нежесткая». Их укладывают непосредственно на выровненное дно траншеи (без устройства насыпного выравнивающего слоя). Грунт в защитных зонах уплотняют послойно утаптыванием, толщина каждого слоя не более 25 см. Для устройства защитных зон вокруг полимерного трубопровода с учетом кольцевой жесткости труб и глубины заложения можно использовать также глинистые мелкозернистые грунты (табл. 1). Траншея с уложенным в нее трубопроводом подлежит полной засыпке после устройства защитных зон, проверки прочности, а также плотности полимерных труб и стыков путем гидравлических (пневматических) испытаний. В сложных условиях прокладки засыпка грунта может быть произведена из отвала лишь в том случае, если грунт можно уплотнить без деформации полимерного трубопровода или последующая осадка грунта не повлияет отрицательно на целостность зоны, с тем, чтобы исключить возможность разрушения дорожного полотна впоследствии. На территориях, где перемещается легкий транспорт, допускается прокладка самотечных трубопроводов из полимерных труб с устройством защитных зон из мелкозернистого глинистого грунта прочностью не менее 0,25 МН/м2.Минимальная глубина заложения полимерного трубопровода должна быть не менее 1 м. Производить обратную засыпку траншеи и уплотнять грунт механизированным способом непосредственно над полимерным трубопроводом разрешается только в тех случаях, когда толщина слоя засыпки, уложенного над полимерными трубами вручную, будет не менее 30 см. При уплотнении тяжелыми агрегатами (массой более 300 кг) толщина засыпки над полимерным трубопроводом, а также частично в зоне должна быть не менее 75 см. Для уплотнения песчаного грунта естественного гранулометрического состава с крупностью зерен до 5 мм применяют ручные трамбовки массой 12 кг (для уплотнения глин — 7,5 кг), вибротрамбовки (не более 50 кг) и ударные трамбовки (500 и 1590 кг). В зависимости от того, как производится уплотнение грунта и какой это грунт вокруг полимерного трубопровода поперечное сечение трубопровода может по-разному реагировать на это. Так, шелыга труб из НПВХ при уплотнении грунта в пазухах сначала повышается, а затем понижается под воздействием нагрузки от массы грунта. Уплотнение грунта даже тяжелыми агрегатами не вызывает деформаций поперечного сечения трубы из НПВХ при высоте засыпки H≥ 0,8 м.Увеличение толщины стенки e на 25% трубы из НПВХ практически не влияет на ее деформации при действии равных нагрузок. Шелыга трубы из НПВХ, уложенной в несвязных грунтах, понижается под действием грунтовой нагрузки при высоте засыпки H≤ 3D; увеличение высоты засыпки приводит к почти полному прекращению деформаций сечения трубы (табл. 2), что объясняется образованием над трубопроводом грунтового свода. В нормальных и легких условиях производства работ зона траншеи может быть засыпана грунтом из отвалов после устройства над полимерным трубопроводом защитных зон; засыпку можно не уплотнять. Подбивку грунта вокруг полимерных труб необходимо производить равномерно, одновременно с обеих сторон, чтобы избежать сдвига трубопровода. Допускается снятие креплений с боковых стенок траншей, если засыпаемый в траншею грунт сразу же уплотняется. При снятии крепления следует соблюдать особую осторожность для предотвращения обвала грунта в верхней части зоны и образования пустот под полимерным трубопроводом либо сбоку от него. Если на трубопровод в процессе эксплуатации возможно действие нагрузки от массы тяжелых видов транспорта (например, экскаватора), то полимерные трубы следует заключать в защитный кожух, например в трубы большего диаметра. Качество уплотнения засыпаемого грунта обычно проверяют косвенным путем— выявляют деформацию поперечного сечения полимерных труб как в процессе монтажа, так и через определенные промежутки времени после завершения строительства трубопровода. Это можно производить различными способами. Об этом в следующих статьях
1.Отставнов А.А. Производство земляных работ при прокладке самотечных трубопроводов из термопластов. «Энергетическое строительство за рубежом»,№3/1985. 2.Ромейко В.С.,Отставнов А.А.,Устюгов В.А. и др. Справочные материалы. Пластмассовые трубы в строительстве. Ч. 1.Трубы и детали трубопроводов. Проектирование трубопроводов. М.: ВАЛАНГ, 1997. 3.Ромейко В.С.,Отставнов А.А.,Устюгов В.А. и др. Справочные материалы .Пластмассовые трубы в строительстве. Ч. 2.Строительство трубопроводов. Эксплуатация и ремонт трубопроводов. М.: ВАЛАНГ, 1997. 4.Свод правил по проектированию и строительству «Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов». Общие требования. СП 40-102–2000. 5.Отставнов А.А. Влияние грунтов на прочность безнапорных пластмассовых трубопроводов. В сб. научн. трудов НИИМосстрой «Новое в технологии и организации строительного производства». М.: Типография Мосоргстроя. 1978. 6.Кулачкин Б.И., Радкевич А.И.,Платонов А.С., Александровский Ю.В.Новые аспекты механики грунтов и геотехники. Монтажные и специальные работы в строительстве.№8/2005
