Классификация безнапорных труб традиционно производится не по величине стандартного размерного отношения (SDR ), а по классу кольцевой жесткости (SN ). Принципиальное отличие SDR и SN в том, что SDR - это геометрическая характеристика трубы (отношение внешнего диаметра трубы к толщине ее стенки), тогда как SN - это механическая характеристика.
Кольцевая жесткость SN позволяет судить о свойствах трубы сопротивляться давлению грунта и определяется как нагрузка на трубу (кН/м2), при которой труба сдавливается на 3% от своего диаметра. Величина SN зависит не только от диаметра трубы и толщины ее стенки, а еще и от модуля упругости E материала при сжатии.
Маркировка трубы для прокладки кабельной линии должна включать в себя диаметр трубы D , толщину стенки e , кольцевую жесткость SN , предельное усилие тяжения F 1MAX , длительно допустимую температуру T , при которой кольцевая жесткость сохраняется не менее всего срока службы кабеля.
Параметры D , e , SN и T должны контролироваться при поставках труб на строящиеся объекты. Значение F 1MAX может потребоваться позже - уже на стадии выполнения работ по затяжке труб в буровой канал, когда оператор ГНБ установки будет контролировать фактическое усилие тяжения F и прерывать процесс затяжки пучка из N труб в случае F > 0,5 · N · F 1MAX с целью не допустить обрыва трубы.
Выбор диаметра и толщины стенки трубы
На рисунке 1 показана труба внешнего диаметра D и толщины стенки e , внутри которой проложен кабель внешним диаметром d . Согласно нормативным документам, при выборе внешнего диаметра труб следует придерживаться следующего правила:
Толщина стенки трубы e определяется в ходе механических расчетов на основе основной информации об условиях прокладки трубы и опирается на понятие кольцевой жесткости SN .
Рисунок 1. Полимерная труба с кабелем: без давления грунта (а ), с давлением грунта (б )
Связь толщины стенки и кольцевой жесткости устанавливается выражением:
где E - модуль упругости материала трубы при сжатии.
Толщина стенки трубы e (мм) в зависимости от диаметра трубы D (мм) и кольцевой жесткости SN (кН/м 2 )
|
Внешний диаметр трубы D , мм |
Кольцевая жесткость SN , кН/м 2 | ||||||||
| 12 | 16 | 24 | 32 | 48 | 64 | 96 | |||
| Толщина стенка трубы е , мм | |||||||||
| 32* |
ПРОТЕКТОРФЛЕКС® СТ, БК, НГ |
- | - | 2 | 2,2 | 2,5 | 2,7 | 3,1 | |
| 40* | - | 2,2 | 2,5 | 2,8 | 3,1 | 3,4 | 3,9 | ||
| 50* | 2,5 | 2,8 | 3,1 | 3,4 | 3,9 | 4,3 | 4,8 | ||
| 63* | 3,2 | 3,5 | 4 | 4,3 | 4,9 | 5,4 | 6,1 | ||
| 75* | 3,8 | 4,2 | 4,7 | 5,2 | 5,9 | 6,4 | 7,2 | ||
| 90* | 4,6 | 5 | 5,7 | 6,2 | 7 | 7,7 | 8,7 | ||
| 110 | 5,6* | 6,1 | 6,9 | 7,6 | 8,6 | 9,4 | 10,6 | ||
| 125 | 6,3* | 6,9 | 7,9 | 8,6 | 9,8 | 10,7 | 12 | ||
| 140 | 7,1* | 7,8 | 8,8 | 9,6 | 10,9 | 11,9 | 13,5 | ||
| 160 | 8,1 | 8,9 | 10,1 | 11 | 12,5 | 13,6 | 15,4 | ||
| 180 | 9,1 | 10 | 11,3 | 12,4 | 14 | 15,3 | 17,3 | ||
| 200 |
ПРОТЕКТОРФЛЕКС® ПРО, ОМП |
10,1 | 11,1 | 12,6 | 13,8 | 15,6 | 17 | 19,3 | |
| 225 | 11,4 | 12,5 | 14,2 | 15,5 | 17,6 | 19,2 | 21,7 | ||
| 250 | 12,7 | 13,9 | 15,7 | 17,2 | 19,5 | 21,3 | 24,1 | ||
| 280 | 14,2 | 15,5 | 17,6 | 19,3 | 21,8 | 23,9 | 27 | ||
| 315 | 15,9* | 17,5 | 19,8 | 21,7 | 24,6 | 26,8 | 30,4 | ||
| 355 | 18 | 19,7 | 22,3 | 24,4 | 27,7 | 30,3* | 34,2* | ||
| 400 | 20,2 | 22,2 | 25,2 | 27,5 | 31,2 | 34,1 | 38,5 | ||
| 450 | 22,8 | 24,9 | 28,3 | 31 | 35,1 | 38,3 | 43,4 | ||
| 500 | 25,3 | 27,7 | 31,5 | 34,4 | 39 | 42,6 | 48,2 | ||
| 560 | 28,3 | 31 | 35,3 | 38,6 | 43,7 | 47,7 | 54 | ||
| 630 | 31,9 | 34,9 | 39,7 | 43,4 | 49,2 | 53,7 | - | ||
* Производятся в однослойном исполнении
Примечание: Внешний диаметр труб ПРОТЕКТОРФЛЕКС® ПРО указан без учета толщины защитного покрытия.
Существует два основных способа размещения труб в грунте - это укладка в предварительно подготовленную траншею (рисунок 2а ) или затяжка труб в грунт в подготовленный канал, чаще выполняемый горизонтально-направленным бурением (рисунок 2б ). В обоих случаях расчет трубы построен на понятии кольцевой жесткости SN , на основе которой можно определить не только толщину стенки трубы, но и предельное усилие тяжения трубы при ее затаскивании в буровой канал.
Рисунок 2. Основные способы прокладки полимерных труб: траншейный (а ), метод ГНБ (б )
Выбор кольцевой жесткости труб
Вертикальное давление грунта (и транспорта) на трубу является силой, приложенной к трубе и стремящейся вызвать ее овальность, однако возникающий «отпор грунта», расположенного по бокам трубы, стремится вернуть форму поперечного сечения трубы к исходному круглому. Плотный грунт по бокам трубы - это фактор, повышающий ее механическую прочность.
где q и SN измеряются уже в кН/м2, а E" S - фактор жесткости грунта, который называется секущим модулем грунта (МПа).
Секущий модуль грунта E" S зависит от типа грунта, которым засыпается труба, и степени его уплотнения. Как правило, для этих целей используется песок, и тогда рекомендуется использовать данные таблице.
|
Глубина засыпки
H , м |
Состояние песка, которым засыпана труба | ||
| Неуплотненный |
Уплотненный
вручную |
Уплотненный
механически |
|
| Секущий модуль грунта E" s , МПа | |||
| 1 | 0,5 | 1,2 | 1,5 |
| 2 | 0,5 | 1,3 | 1,8 |
| 3 | 0,6 | 1,5 | 2,1 |
| 4 | 0,7 | 1,7 | 2,4 |
| 5 | 0,8 | 1,9 | 2,7 |
| 6 | 1,0 | 2,1 | 3,0 |
Вертикальная нагрузка на трубу (кН/м2) складывается из трех составляющих:
где q
r
- нагрузка от веса грунта (кН/м 2 ); q
AT
- нагрузка от автотранспорта (кН/м 2 );
Нагрузка от грунта в наиболее неблагоприятном случае, когда на трубу давит весь столб грунта высотой Н,
где ρ
r
- удельный вес грунта (обычно не более 2 т/м 3 ); g = 9,81
м/с
2 - ускорение свободного падения; H
- глубина расположения трубы под землей (м).
Нагрузка от транспорта может быть определена как Результаты расчета предельной глубины заложения труб Н
даны в таблице ниже. Видно, что при прокладке труб в траншеях опасно применять трубы с кольцевой жесткостью менее 8 и нет необходимости применять трубы с SN
более 64.
Предельная глубина
| SN, кН/м 2 | Секущий модуль грунта E" s , МПа | ||||||
| 0 | 0,5 | 1 | 1,5 | 2 | 2,5 | 3 | |
| Предельная глубина прокладки H , м | |||||||
| 4 | 0,4 / - | 0,8/- | 1,3/- | 1,7/- | 2,1/- | 2,5/- | 2,9/- |
| 6 | 0,7 / - | 1,1/- | 1,5/- | 1,9/- | 2,3/- | 2,7/- | 3,1/- |
| 8 | 0,9/- | 1,3/- | 1,7/- | 2,1/- | 2,5/- | 2,9/- | 3,3/- |
| 12 | 1,3/- | 1,7/- | 2,1/- | 2,5/- | 2,9/- | 3,4/- | 3,8/- |
| 16 | 1,7/- | 2,2/- | 2,6/- | 3,0/- | 3,4/- | 3,8/1,7 | 4,2/2,4 |
| 24 | 2,6/- | 3,0/- | 3,4/0,7 | 3,8/1,8 | 4,3/2,5 | 4,7/3,0 | 5,1/3,6 |
| 32 | 3,5/0,9 | 3,9/1,9 | 4,3/2,5 | 4,7/3,1 | 5,1/3,7 | 5,5/4,2 | 5,9/4,7 |
| 48 | 5,2/3,8 | 5,6/4,3 | 6,1/4,8 | 6,5/5,3 | 6,9/5,8 | 7,3/6,2 | 7,7/6,7 |
| 64 | 7,0/5,9 | 7,4/6,4 | 7,8/6,8 | 8,2/7,3 | 8,6/7,7 | 9,0/8,2 | 9,4/8,6 |
Выбор предельных усилий тяжения
При прокладке методом ГНБ трубы подвергаются двум видам воздействий: во-первых, продольным силам тяжения F, которые возникают при протаскивании трубы в буровой канал; во-вторых, вертикальному давлению грунта и транспорта уже в процессе эксплуатации трубы. Выбор кольцевой жесткости и толщины стенки определяется главным образом усилиями тяжения.
Усилие тяжения трубы F создает силы трения, возникающие из-за утяжеления трубы под действием навалившегося на трубу грунта вследствие плохого закрепления стенок бурового канала буровым раствором (бентонит) или даже полной невозможности закрепления (плывуны, тяжелый сценарий).
где q r - вес грунта в кН/м2; D ЭКВ - эквивалентный диаметр протаскиваемой плети труб; µ - коэффициент трения полимерной трубы о грунт (обычно равен 0,2).
Проверка допустимости усилий тяжения F , возникающих при затягивании трубы (пл ети труб) в буровой канал, выполняется следующим образом
где 0,5 - коэффициент запаса; N - число труб в плети (одна или четыре); F 1MAX - предельное усилие тяжения каждой трубы (кН), которое может быть найдено как
где D и e - внешний диаметр и стенка трубы (в мм); σ - предел текучести материала трубы (МПа).
Предельные усилия тяжения F 1MAX приведены в таблице ниже
Предельное усилие тяжения трубы F 1MAX (кН) в зависимости от диаметра трубы D (мм) и кольцевой жесткости SN (кН/м 2 )
|
Внешний диаметр
трубы D , мм |
Кольцевая жесткость SN , кН/м 2 | ||||||||||||||
| 4 | 6 | 8 | 12 | 16 | 24 | 32 | 48 | 64 | 96 | 128 | 192 | 256 | |||
| Предельное усиление тяжения F 1MAX , кН | |||||||||||||||
| 32 |
ПРОТЕКТОРФЛЕКС® СТ, БК, НГ |
2,3 | 2,6 | 2,9 | 3,2 | 3,5 | 4,0 | 4,3 | 4,9 | 5,3 | 5,9 | 6,4 | 7,1 | 7,6 | |
| 40 | 3,6 | 4,1 | 4,5 | 5,1 | 5,5 | 6,2 | 6,8 | 7,6 | 8,2 | 9,2 | 10 | 11 | 12 | ||
| 50 | 5,7 | 6,4 | 7,0 | 7,9 | 8,6 | 9,7 | 11 | 12 | 13 | 14 | 16 | 17 | 19 | ||
| 63 | 9 | 10 | 11 | 13 | 14 | 15 | 17 | 19 | 20 | 23 | 25 | 27 | 29 | ||
| 75 | 13 | 14 | 16 | 18 | 19 | 22 | 24 | 27 | 29 | 32 | 35 | 39 | 42 | ||
| 90 | 18 | 21 | 23 | 26 | 28 | 32 | 34 | 38 | 42 | 47 | 50 | 56 | 60 | ||
| 110 | 27 | 31 | 34 | 38 | 42 | 47 | 51 | 57 | 62 | 70 | 75 | 83 | 90 | ||
| 125 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 | 75 | 80 | 90 | 95 | 105 | 115 | ||
| 140 | 45 | 50 | 55 | 62 | 68 | 75 | 83 | 93 | 100 | 115 | 125 | 135 | 145 | ||
| 160 | 60 | 65 | 70 | 80 | 90 | 100 | 110 | 120 | 130 | 145 | 160 | 175 | 190 | ||
| 180 | 75 | 85 | 95 | 105 | 115 | 125 | 135 | 155 | 170 | 185 | 200 | 225 | 240 | ||
| 200 |
ПРОТЕКТОРФЛЕКС® ПРО |
90 | 100 | 115 | 125 | 140 | 155 | 170 | 190 | 205 | 230 | 250 | 275 | 295 | |
| 225 | 115 | 130 | 140 | 160 | 175 | 195 | 215 | 240 | 260 | 290 | 315 | 350 | 375 | ||
| 250 | 140 | 160 | 175 | 200 | 215 | 245 | 265 | 300 | 320 | 360 | 390 | 430 | 465 | ||
| 280 | 180 | 200 | 220 | 250 | 270 | 305 | 330 | 370 | 400 | 450 | 485 | 540 | 580 | ||
| 315 | 225 | 255 | 280 | 315 | 345 | 385 | 420 | 470 | 510 | 570 | 615 | 685 | 735 | ||
| 355 | 285 | 325 | 355 | 400 | 435 | 490 | 535 | 600 | 650 | 725 | 780 | 870 | 935 | ||
| 400 | 365 | 410 | 450 | 510 | 550 | 625 | 675 | 760 | 820 | 920 | 990 | 1100 | 1180 | ||
| 450 | 460 | 520 | 570 | 640 | 700 | 790 | 855 | 960 | 1040 | 1160 | 1260 | 1400 | 1500 | ||
| 500 | 570 | 640 | 700 | 790 | 865 | 975 | 1060 | 1190 | 1290 | 1440 | 1550 | 1720 | 1850 | ||
| 560 | 710 | 805 | 880 | 990 | 1080 | 1220 | 1330 | 1490 | 1610 | 1800 | 1950 | 2160 | 2320 | ||
| 630 | 900 | 1020 | 1110 | 1260 | 1370 | 1550 | 1680 | 1880 | 2040 | 2280 | 2460 | 2730 | 2940 | ||
Примечание. При затяжке полимерной трубы в грунт усилия тяжения рекомендуется ограничивать безопасным уровнем 0,5F 1MAX .
Предельная длина трубы, которую еще можно затянуть в буровой канал без риска ее недопустимого растяжения или даже обрыва,
Рекомендации по выбору f" коэффициента в зависимости от сценария буренияВ таблице ниже представлены оценки предельной длины бурового канала L ГНБ в зависимости от числа труб и сценария бурения.
Оценки предельной длины бурового канала L ГНБ (м) в зависимости от числа труб N
| SN , кН/м 2 | N = 1 | N = 4 | ||||
| Сценарий, по которому проходит бурение канала | ||||||
| Тяжелый | Средний | Легкий | Тяжелый | Средний | Легкий | |
| Предельная длина бурового канала L ГНБ , м | ||||||
| 4 | 38 | 190 | 303 | 26 | 131 | 209 |
| 6 | 43 | 214 | 342 | 29 | 147 | 236 |
| 8 | 47 | 235 | 375 | 32 | 162 | 258 |
| 12 | 53 | 264 | 423 | 36 | 182 | 291 |
| 16 | 58 | 289 | 462 | 40 | 199 | 318 |
| 24 | 65 | 324 | 518 | 45 | 223 | 357 |
| 32 | 70 | 352 | 564 | 49 | 243 | 388 |
| 48 | 79 | 396 | 633 | 55 | 273 | 436 |
| 64 | 86 | 428 | 685 | 59 | 295 | 472 |
| 96 | 96 | 479 | 766 | 66 | 330 | 528 |
| 128 | 103 | 517 | 828 | 71 | 356 | 570 |
| 192 | 115 | 574 | 918 | 79 | 395 | 632 |
| 256 | 123 | 617 | 987 | 85 | 425 | 680 |
Данный показатель указан в характеристиках под каждым товаром на сайте.
Данный показатель указан в характеристиках под каждым товаром на сайт е.
| Класс полиэтилена | Стандартное размерное отношение |
||||||
| SDR41 | SDR33 | SDR26 | SDR21 | SDR17, 17,6 | SDR13,6 | SDR11 |
|
| Кольцевая жесткость (SN), кН/м 2 |
|||||||
Кольцевая жесткость трубы ( SN ) – это один из физико-механических показателей прочности труб характеризующий способность трубы выдержать внешнюю нагрузку без значительной деформации. Единица измерения ― кН/м2 .
К внешней нагрузке относят нагрузки грунта при засыпке траншеи и транспортные нагрузки (легковые, грузовые авто).
Значение показателя указывается в технических условиях к трубе и устанавливается отделом контроля качества производственного предприятия, а также организацией по сертификации товаров, где на основании положительного результата испытаний трубы производитель получает сертификат соответствия.
Для определения кольцевой жесткости трубы применяют специальные тестеры различных марок, в зависимости от диаметра (мм) и силы сжатия труб (кН).
Для расчета показателя необходимы данные нагрузки и деформации трубы при 4%-ой деформации испытуемого образца и сама длина образца. Значение устанавливают среднеарифметической исходя из трех значений кольцевой жесткости испытуемых труб, полученных из одной партии. Итоговый результат округляют в меньшую сторону.
Кольцевая жесткость является главным показателем качества полимерных труб при подземном строительстве безнапорных систем водоотведения и канализации. Чем выше значение данного показателя, тем больше нагрузок может выдержать труба во внешней среде.
Отсутствие данного показателя трубы отразится в первую очередь на дешевизне продукта, ввиду использования при производстве материалов низкого качества.
