Справочное руководство по трубам ПВХ. Часть 21

Грунтовые нагрузки высчитываются по специальным уравнениям, в которых используются следующие переменные: V = вертикальное давление в любой горизонтальной плоскости засыпки, Bc = наружный диаметр трубы, Bd = ширина траншеи в верхней части трубы, h = расстояние от поверхности земли до любой горизонтальной плоскости засыпки, Cd = коэффициент нагрузки для труб, установленных в траншеях, безразмерный, K = отношение активного бокового давления Рэнкина к вертикальному давлению, безразмерное, m9 = коэффициент трения между засыпным материалом и сторонами траншеи, безразмерный. Коэффициент Ренкина (K) является функцией угла внутреннего трения для каждого грунта. Когда материал засыпки между трубой и стенкой траншеи более сжимаем, чем труба (жесткая труба), труба принимает на себя нагрузку, создаваемую по ширине траншеи. Напротив, когда труба имеет способность отклоняться без образования трещин (гибкая труба), возникает эффект дуги, который передает некоторую нагрузку на прилегающую засыпку (то есть между трубой и стенкой траншеи). Этот эффект изгиба снижает нагрузку на гибкую трубу до величины, меньшей, чем вес центральной части над трубой. Когда грунт в траншее оседает или движется вниз по отношению к боковой стенке траншеи, боковые призмы создают силы сдвига, которые действуют для уменьшения веса грунта по всей траншеи.

Теория нагрузок Марстона предсказывает и учитывает эти поперечные силы. Теорию нагрузок Марстона можно смоделировать в виде трех «пружин», поддерживающих нагрузку. Нагрузки передаются по пути наибольшего сопротивления, то есть через самую жесткую пружину. Поскольку жесткая труба не сжимается и не прогибается, она действует как очень жесткая пружина и несет большую часть нагрузки. В случае гибких труб материал засыпки действует как более жесткая пружина (или пружины) и несет большую часть нагрузки, то есть гибкая труба передает большую часть нагрузки на боковые части. Сам Марстон признавал, что для большинства гибких трубопроводов нагрузка на трубу меньше, чем вес грунта над трубой. Гибкость трубы гарантирует, что относительное оседание грунта над трубой будет больше, чем то, что происходит в боковой части почти во всех случаях. Нагрузка на жесткие трубопроводы, такие как бетонные трубы, выше. Недостаток гибкости в жестком трубопроводе приводит к тому, что относительная осадка засыпки больше на сторонах трубы, чем над трубой. Внутренние различия в нагрузке на трубы для двух типов труб выражаются несколькими формулами, которые Марстон разработал для расчета нагрузок от грунта на трубу, проложенную в траншее. В уравнениях Марстона учитываются такие переменные, как нагрузка грунта на трубу, удельный вес почвы, наружный диаметр трубы, ширина траншеи в верхней части трубы, а также коэффициент нагрузки для труб, установленных в траншеях.

Согласно уравнениям Марстона, ширина траншеи напрямую влияет на нагрузки, прилагаемые к гибкой и жесткой трубе. Высота засыпного материала и ширина траншеи снова появляются в расчетах Cd. Хотя нагрузка на трубу увеличивается с шириной траншеи, это увеличение ограничено. Ширина перехода — это ширина траншеи для данной глубины и размера трубы, при превышении которых на трубу не может накладываться дополнительная нагрузка. Это предельное значение для расчета нагрузок, основанное на формулах траншеи Марстона. На ширине перехода и за ее пределами нагрузки могут быть рассчитаны с использованием уравнения Марстона с положительным выступом канала или «насыпи». Устройство насыпи реализуется, если верх трубы выступает над естественной поверхностью грунта или находится в относительно широкой траншее (за пределами ширины перехода). Максимальные нагрузки, прилагаемые к трубе, достигаются при установке с насыпью. Марстон разработал формулу нагрузки на насыпь для расчета нагрузок как на гибкие, так и на жесткие трубы с прямым выступом (устройство насыпи). Там используются следующие значения:

• Cc = коэффициент нагрузки для труб, установленных в траншеях, безразмерный
• Bc = наружный диаметр трубы
• Cc = коэффициент нагрузки для труб, установленных в траншеях, безразмерный
• H = высота заполнения над верхней частью трубы
• He = расстояние от верха трубы до плоскости равной осадки
• he = расстояние от плоскости равной осадки до любой горизонтальной плоскости засыпки
• K = отношение активного бокового давления Рэнкина к вертикальному давлению, безразмерное
• p = коэффициент выступа, безразмерный
• rsd = коэффициент осадки, безразмерный
• Sf = осадка низа трубы
• Sg = осадка естественного грунта, примыкающего к трубе
• Sm = сжатие столбов грунта
• Dy = прогиб трубы
• m9 = коэффициент трения между засыпным материалом и сторонами траншеи, безразмерный

В ряде уравнений Cc заменяет Cd как коэффициент нагрузки, а Bc заменяет Bd. Коэффициент нагрузки Cc в этом случае зависит от коэффициента выступа (p), коэффициента осадки (rsd) и отношения высоты заполнения (H) к наружному диаметру трубы (но не ширине траншеи) (Bc).