Рельеф земной поверхности большинства территорий, по которой будут прокладываться автомобильные дороги всех существующих категорий, характерен значительными неровностями, чередованием повышенных и пониженных участков. Как показывает статистика, в среднем на каждый километр трассы дорог приходится примерно одно понижение. Чтобы обеспечить сток воды от выпадающих осадков в местах пересечения дорогами пониженных участков рельефа, необходимо будет устраивать водопропускные сооружения (ВПС). Как показывает практика, почти 90 % из них включают водопропускные трубопроводы (ВПТ). На устройство ВПТ (рис. 1) должно пойти значительное количество различных видов труб, которые, естественно, должны удовлетворять стандартизированным в ГОСТ 32871-2014 требованиям.

Эти требования касаются только бетонных (БТ), железобетонных (ЖБТ), металлических гофрированных (МГТ) — наборных металлических гофрированных (НМГТ) и спиральновитых гофрированных металлических (СВГМТ), а также композитных (КТ) труб.

В стандарте отсутствуют требования к трубам из полиолефинов со структурированной стенкой (ТПСС) [2], которые в последнее время стали широко применяться в стране для устройства подземных водоотводящих трубопроводов [3]. Однако, по нашему предположению, из ТПСС вполне возможно достаточно качественно и производительно устраивать долговечные и надёжные водопропускные трубопроводы. Для обоснования этого предположения и появилась острая необходимость в подробном рассмотрении требований стандарта к трубам для ВПТ, с тем чтобы оценить, насколько им удовлетворяют ТПСС отечественного производства. Требования будут рассмотрены нами собранными в нескольких группах.

Первая группа требований, в порядке очерёдности расположения в стандарте, касается материалов и способов изготовления труб для ВПТ.

БТ должны изготовляться из неармированного бетона установленных в ГОСТ марок в заводских условиях.

ЖБТ должны изготовляться также в заводских условиях из бетона и арматуры установленных марок. При этом ЖБТ должны отвечать требованиям:

  • по показателям прочности (классу на смятие и отпускной, трещино стойкости, водонепроницаемости и морозостойкости бетона, а также удельной эффективной активности естественных радионуклидов в бетоне);
  • по соответствию арматурных изделий рабочим чертежам, точности геометрических параметров (внутреннему диаметру цилиндрической части и толщине стенки, прямолинейности профиля по продольному сечению, отклонениям от перпендикулярности);
  • к толщине защитного слоя бетона до рабочей арматуры, ширине раскрытия трещин и качеству бетонных поверхностей — по отсутствию отслоений защитного слоя бетона, а также наличию и правильности нанесения маркировки и комплектности.

Композитные трубы (в качестве таких труб в стандарте считаются трубы из реактопластов [4-8]) должны производиться также в условиях заводов из композитного материала с жёсткой матрицей и полимерным вяжущим. Для получения жёсткой матрицы при изготовлении композитных труб следует использовать следующие виды сырья и материалов: стеклянные, базальтовые или углеродные волокна; синтетические волокна из различных материалов; фторопласты и резинопласты различных марок.

В качестве полимерных вяжущих при изготовлении композитных труб следует использовать следующие виды сырья и материалов: полиэфирное связующее; эпоксидное связующее; термореактивные смолы; армирующие наполнители — различные виды волокон (рубленные, измельчённые) для армирования реактопластов (стекловолокна) щёлочно-кальциево-силикатного стекла с добавлением диоксида циркония или триоксида бора; инертные наполнители (кварцевый песок или другие виды минеральных наполнителей); дополнительные компоненты (ускорители, катализаторы (отвердители) и ингибиторы, тиксотропные добавки).

Материалы, используемые в трубах, не должны выделять опасные вещества выше максимально допустимых значений, указанных в стандартах или сертификатах на соответствующие материалы. Материалы должны быть устойчивы к воздействию низких температур и к УФ-излучению. Материалы, используемые для изготовления элементов композитных труб, должны приниматься согласно действующим стандартам.

НМГТ должны собираться посредством болтовых соединений из стальных сегментов непосредственно на строительной площадке. Все элементы и покупные изделия (болты, гайки, шайбы и др.) для НМГТ должны быть изготовлены из качественных сталей. Их химический состав и механические свойства должны быть определены производителем и подтверждены документами качества — сертификатом, паспортом и т.д.

Все материалы, используемые в производстве, должны подвергаться входному контролю в соответствии с нормативнотехнической документацией, утверждённой в установленном порядке: листовой прокат в зависимости от типоразмеров по ГОСТ 19281 «Прокат повышенной прочности. Общие технические условия», крепёжные изделия по ГОСТ 17769 «Изделия крепёжные. Правила приёмки», цинковое покрытие элементов по ГОСТ 9.307 «Единая система защиты от коррозии и старения. Общие требования и методы контроля».

Размеры и взаимное расположение поверхностей, радиусы гибки и окаймляющие конструкции должны строго соответствовать рабочим чертежам. Изготовленные элементы должны быть взаимозаменяемыми. Это должно устанавливаться контрольной сборкой секций, производимой согласно утверждённой документации изготовителя.

СВГМТ производятся с использованием спиральной навивки стальных лент, изготовленных из марок стали в соответствии с конструкторской и рабочей документацией заводов-изготовителей, содержащих показатели качества, профиля волны гофра, геометрические размеры, антикоррозийного покрытия, комплекта поставки и маркировки.

Вторая группа требований касается обеспечения условий для создания необходимого режима работы водопропускных трубопроводов. Безнапорный режим будет создан, если высота водного потока воды H перед входом в трубопровод не превысит 20 % его внутреннего диаметра D (рис. 2); напорный режим — H, при оголовках обтекаемой формы, превысит величину 20 % D; полунапорный — H, при оголовках обычных типов, также превысит 20 % D.

Третья группа требований касается основных характеристик ВПТ:

  • грузоподъёмности (несущей способности БТ, ЖБТ, НМГТ, СВГМТ и КТ);
  • внутренних диаметров (БТ, ЖБТ, НМГТ, СВГМТ и КТ);
  • длин и числа рядов (определяют водопропускную способность ВПС);
  • типов оснований (рис. 3; а — бесфундаментные на земляном ложе, спрофилированном по очертанию трубы, на грунтовом основании и на гравийно-песчаной подготовке, щебёночной подушке; б — на фундаментах из отдельных блоков, из монолитного бетона или железобетона; в — на свайном основании).

Четвёртая группа касается эксплуатационных требований: прочности, надёжности и безопасности пропуска водного потока, устойчивости к повреждениям, огнестойкости, экономичности, экологичности и долговечности.

Пятая группа требований касается условий, определяющих выбор материала и конструкции ВПТ — климатических, геологических, гидрологических и агрессивности окружающей среды.

Шестая группа требований касается технических параметров ВПТ, учитывающих грузоподъёмность и несущую способность при расчётной высоте насыпи Нн над верхом ВПТ (рис. 4): ≤ 5 м — первая группа, 5-10 м — вторая, 10-15 м — третья и 15-20 м — четвёртая группа.

Седьмая группа требований касается наименьшей толщины засыпки над трубами для обеспечения долговечности ВПТ: 0,5 м до низа дорожной одежды, но не менее 0,8 м до верха непосредственно дорожного покрытия.

Восьмая группа требований касается внутренних диаметров ВПТ D. При использовании ЖБТ: D ≥ 1,5 м — при длине > 30 м, D ≥ 1,25 м — при длине трубы 2030 м, D ≥ 1 м — при длине трубы не более 20 м (на автомобильных дорогах III-V категорий) и D = 0,5-0,75 м — на съездах (при наличии ТЭО). При использовании МГТ: D ≥ 1 м, а при длине > 20 м — D ≥ 1,5 м и D ≥ 0,50 м — на съездах (при наличии ТЭО).

Девятая группа требований касается основных размеров труб.

Для круглых железобетонных труб стандартизированы внутренние диаметры D: 500, 600, 750, 800, 1000, 1200, 1250, 1400, 1500, 1600 и 2000 мм, длина ≥ 1 м с последующей кратностью длины 0,5 м и наименьшие толщины стенок — 100 мм, а при диаметрах 500 и 750 мм — 80 мм, с учётом защитного слоя.

Размеры круглых МГТ должны соответствовать стандартизированным значениям по внутреннему диаметру D: 1000, 1250, 1500, 2000, 3000 и 5000 мм и более (при ТЭО), длине волны (68, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160 и 164 мм), глубине (13-57 мм) и толщине элемента 2-8 мм.

Для КТ стандартизированы [1] только внутренние диаметры D: 500, 600, 750, 800, 1000, 1200, 1250, 1400, 1500, 1600 и 2000 мм и более (при наличии ТЭО).

Десятая группа требований касается предельно допустимых отклонений параметров и размеров труб.

У ЖБТ допустимые отклонения размеров не должны превышать: по длине — не более 5 и не менее 10 мм, по толщине стенок — не более 10 и не менее 5 мм; по внутреннему диаметру — не более 10 и не менее 10 мм; перекосов торцевой поверхности — не более 5 мм; защитный слой бетона до арматуры — не более 3 и не менее 2 мм. Отклонения действительных размеров элементов НМГТ не должны превышать указанных (табл. 1) значений, а от прямолинейности (измеряемой по образующей) — 5 (на длине 1 м) и 10 мм (на всей длине изделия).

Для КТ предельно допустимые отклонения размеров должны соответствовать значениям, указанным в действующем национальным стандарте [4].

Одиннадцатая группа касается требований к качеству поверхности труб.

В БТ не допускается наличие трещин за исключением местных поверхностных усадочных трещин шириной раскрытия не более 0,05 мм, а размеры раковин, местных наплывов, впадин, сколов бетона на поверхностях и торцах не должны превышать указанных (табл. 2) значений.

Композитные трубы должны иметь внешний вид наружных, внутренних и торцевых поверхностей, соответствующий контрольному образцу-эталону внешнего вида, выполненного согласно требованиям ГОСТ 15.009 «Система разработки и постановки продукции на производство». На наружных, внутренних и торцевых поверхностях, а также на калиброванных под муфтовое соединение поверхностях труб и муфт не должно быть расслоений, выходов стекловолокна, посторонних включений, неровности. На торцах и фасках, в канавках муфты и на калиброванных концах труб должно быть выполнено ламинирование полиэфирной смолой или нанесён защитный слой.

Внутренние и наружные поверхности МГТ не должны иметь неровности.

Открытые стальные поверхности, закладные изделия и выпуски арматуры должны иметь антикоррозийное покрытие. Вид, качество и толщина антикоррозионных покрытий поверхностей изделий должны соответствовать рабочим чертежам. В случаях, предусмотренных в нормативных документах или рабочей документации на изделия конкретных видов, антикоррозионные покрытия должны удовлетворять требованиям по адгезии с бетонной поверхностью и паропроницаемости в соответствии с ГОСТ 13015 «Изделия бетонные и железобетонные для строительства. Правила приёмки, маркировки, транспортирования и хранения».

Двенадцатая группа требований касается гидроизоляции и вторичной защиты (по ГОСТ 31384 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие технические требования») элементов труб и стыкуемых элементов. Их необходимо предусматривать исходя из требований обеспечения эксплуатационной надёжности в интервале температур воздуха в районе строительства (от абсолютной максимальной до средней наиболее холодных суток) и агрессивности окружающей среды. Гидроизоляция должна быть: водонепроницаемой по всей изолируемой поверхности; водо-, био-, тепло-, морозо- и химически стойкой; сплошной и неповреждаемой при возможном образовании на изолируемой поверхности бетона трещин с допустимым раскрытием; прочной при длительных воздействиях постоянной и временной нагрузок и возможных деформациях бетона, давления грунта насыпи и гидростатического давления воды в соответствии с ГОСТ 31384.

Для устойчивости МГТ к воздействию воды, в зависимости от климатических условий и агрессивности окружающей среды, необходимо применять: различные виды цинкования (толщиной слоя не менее 80 мкм); алюминиевое покрытие (толщиной слоя не менее 200 мкм); полимерные (толщиной слоя 1-1,5 мм) и также лакокрасочные покрытия; дополнительную защиту мастиками, полимерными лакокрасочными материалами или эмалями.

Тринадцатая группа требований касается маркировки, которой должны быть подвергнуты все трубы независимо от материала изготовления. Маркировочные надписи должны быть нанесены несмываемой краской на внутренней поверхности каждого звена (листа). Надпись должна содержать товарный знак или краткое наименование предприятия-изготовителя, номер партии, марку трубы (листа), дату изготовления (число, месяц, год), заводской номер трубы, массу в килограммах, штамп отдела технического контроля или заводской инспекции. Маркировка производится согласно ГОСТ 14192 «Маркировка грузов», ГОСТ 13015. Маркировку труб следует выполнять набором букв и цифр, разделённых точкой на три группы. В первой группе указывается обозначение изделия и габаритные размеры в сантиметрах. Во второй группе указывается группа по несущей способности. В третьей группе через дефис указываются материал изготовления и его основные показатели. Для маркировки изделий допускается нанесение на поверхность композитных труб лакокрасочных материалов.

В заключение следует отметить, что собранные в тринадцати группах стандартизированные требования к трубам для водопропускных трубопроводов автомобильных дорог должны позволить обосновать техническую возможность использования также и труб из полиолефинов со структурированной стенкой. Такое обоснование, в случае заинтересованности широкой научно-технической общественности и, естественно, редакции журнала, будет нами рассмотрено в следующих статьях.