Подробное сравнение пластиковых и чугунных труб. Часть 35. Рекомендации по подземному монтажу. Общие положения

При этом как чугунные, так и пластиковые трубы обладают желаемыми свойствами для глубокого залегания, чему способствует их устойчивость к нагрузкам. Создавая уплотненные слои грунта над трубами, «упакованными» в защитную изоляцию, можно удвоить глубину залегания. Проектирование, основанное на допущениях о нагрузке на почву, нередко является более практичным, чем компьютерный анализ, который требует данных о свойствах почвы и пограничных условиях, ни одно из которых не является легкодоступным или контролируемым в большинстве проектов. При использовании информации о конструкции подземных трубопроводов необходимо учитывать, что существуют различия в характеристиках почвы и методах строительства по всему миру. Эти данные обычно представлены в справочной литературе. Эффективный проект требует соотнесения с конкретными методами строительства и признания того, что расчеты основаны на проектной информации, касающейся нагрузок на землю, глубины траншеи и других важных факторов.

Проектирование – это сравнение ожидаемой производительности с желаемой производительностью в определённых заказчиком пределах. Как для пластиковых, так и для чугунных труб пределом конструктивных характеристик является утечка. Чрезмерная деформация вызывает разрывы и утечки, но чрезмерная деформация пластиковых и чугунных труб напрямую связана с напряжением, поэтому напряжение определяет основные характеристики конструкции. Ожидаемое (анализируемое) напряжение должно находиться в пределах напряжения, называемого усилием. Из-за взаимодействия между трубой и грунтом, в который она погружена, анализ напряжений является достаточно сложным процессом. В настоящее время доступны компьютерные математические методы анализа, такие как метод конечных элементов.

И метод конечных элементов, как правило, лучше справляется с задачей, чем другие, также предназначенные для моделирования. Впрочем, практичнее закапывать трубу в почву, которая обладает свойствами и граничными условиями, точно известными и точно контролируемыми, как предполагает анализ. Следовательно, практический дизайн основан на упрощении предположений о нагрузках на почву, которые при анализе дают наихудшие напряжения. Эти напряжения сравниваются с сильными сторонами, которые были снижены за счет разумного запаса прочности. Поскольку прочность – это максимальное напряжение, вызванное испытательной нагрузкой на трубу при разрушении, почему бы не приравнять наихудшее напряжение к испытательной прочности, чтобы получить расчетное уравнение, которое связывает ожидаемое давление грунта с испытательной нагрузкой?

Проектирование становится простым процессом сравнения ожидаемого давления почвы с эквивалентной испытательной нагрузкой на трубу, которая была снижена на коэффициент безопасности. Давление в почве – это вертикальное давление в почве, действующее на трубу. Испытательная нагрузка (прочность) представляет собой лабораторное испытание на разрушение трубы. Для любой заглубляемой трубы базовая конструкция включает конструкцию кольца и продольную конструкцию: достаточно проанализировать каждую составляющую по отдельности. Для конструкции кольца внешнее вертикальное давление грунта на кольцо сравнивается с прочностью кольца. Прочность определяется как вертикальная линия нагрузки на единицу длины трубы, при которой труба растрескивается.

Предполагается, что давление на почву равномерно распределено и прилагается вертикально сверху трубы. Горизонтальная поддержка грунта при этом игнорируется. Это оправданное упрощение, которое приводит к худшему напряженному состоянию в кольце. Горизонтальное давление на грунт помогает поддерживать кольцо и, таким образом, повышает коэффициент безопасности от разрушения. Однако эффективность горизонтальной опоры грунта зависит либо от уплотнения по бокам, либо от достаточного горизонтального расширения кольца для развития горизонтальной опоры грунта. Ни один из этих случаев не может быть полностью гарантирован в типичных установках подземных труб. Условия монтажа показывают концентрированную вертикальную реакцию снизу. Это происходит, если труба поддерживается по всей своей длине (за исключением отверстий раструба) твердой плоской поверхностью. Даже если рыхлая почва может упасть под углом наклона, она не изменит основную реакцию. Исходя из анализа напряжений и с учетом коэффициента безопасности было определено допустимое вертикальное давление грунта для различных условий (многочисленные таблицы легко найти в электронных справочниках).