Вы здесь

Размеры траншеи: внешние нагрузки и деформации при подземной установке трубопроводов из ПВХ-О (II)

Нагрузки и деформации

Прежде чем анализировать типы нагрузок и деформаций, необходимо определить основные факторы.

1. Сила тяжести, оказывающая воздействие на конструктивные элементы труб:

  • Вес трубы, который зависит от номинального диаметра, толщины стенки и материала трубы.
  • Постоянная нагрузка из-за веса строительных элементов или стационарного оборудования, которую должна выдерживать труба.
  • Нагрузка из-за веса жидкости, которая проходит по трубопроводу.
  • Внутреннее гидравлическое или рабочее давление.

2. Грунтовые нагрузки: обусловлены характеристиками почвы, которые зависят от метода установки труб, типа упоров, степени уплотнения и типа наполнителя. Все это приводит к вертикальным, горизонтальным и боковым нагрузкам.

3. Транспортные нагрузки: в основном зависят от движения транспортных средств над трубой и от типа дорожного покрытия.

4. Силы подземных вод: гидростатическое напряжение, создаваемое подземными водами. Кроме того, в экстремальных условиях должны учитываться климатические факторы (ветер, снег, изменения температуры и т.д.), а также сейсмические и реологические факторы.

В результате основными нагрузками, на которые необходимо обращать внимание, являются: внутреннее давление, почвенные и транспортные нагрузки.

  1. Сила тяжести

Как характеристики трубы, так и условия ее эксплуатации играют важную роль в ее устойчивости и деформации.

  1. Грунтовые нагрузки

Расчеты характеристик грунта, учитываемых при расчете нагрузки, включают:

  • Удельный вес наполнителя, (γ), в кН/м3. Когда пробные данные не доступны, рекомендуется использовать значение γ = 20 кН/м3.
  • Угол внутреннего трения обратной засыпки, (ρ), в градусах.
  • Угол трения между обратной засыпкой и стенками траншеи, (ρ'), в градусах.
  • Коэффициент бокового давления наполнителя, K1 и K2.

Размеры траншеи: внешние нагрузки и деформации в подземных трубопроводах из ПВХ-О

Модуль сжатия в различных зонах обратной засыпки и траншеи, E1, E2, E3 y E4, в Н/мм2.

  • E1: Модуль упругости обратной засыпки от верхней части траншеи.
  • E2: Модуль упругости обратной засыпки вокруг трубы, до 30 см над верхней точкой внутренней поверхности трубы (зенит).
  • E3: Модуль упругости почвы по обе стороны траншеи.
  • E4: Модуль упругости почвы под траншеей.

Можно рассматривать четыре типа грунта:

  • Группа 1: Песок. Эта группа включает насыпной гравий и пески. Содержание частиц размером ф ≤ 0,06 мм должно быть ниже 5%.
  • Группа 2: Слабосвязанный грунт. В эту группу входят слегка глинистый или илистый гравий. Содержание частиц размером ф ≤ 0,06 мм должно составлять от 5% до 15%.
  • Группа 3: Связанный смешанный грунт. К этой группе относятся глинистый или илистый гравий и пески, связанный каменистый элювиальный грунт. Содержание частиц размером ф ≤ 0,06 мм должно составлять от 15% до 40% с небольшим содержанием пластических илистых отложений.
  • Группа 4: Связанный грунт. К этой группе относятся глина или грунт со смесью органических соединений.

В соответствии со значениями угла внутреннего трения обратной засыпки (ρ), без данных испытаний, по стандарту UNE 53331 рекомендуются следующие значения:

Тип грунта

Угол внутреннего трения, ρ

1

35⁰

2

30⁰

3

25⁰

4

20⁰

Исходя из угла внутреннего трения обратной засыпки, ρ, угол трения обратной засыпки относительно стенок траншеи (ρ’) определяется с учетом следующих условий:

Уплотнение

ρ’

Засыпка уплотняется слоями по всей высоте траншеи

ρ

Засыпка уплотняется слоями у трубы без уплотнения остальной части траншеи

2/3 ρ

Засыпка траншеи с последующим уплотнением

1/3 ρ

Траншея с укрепленными стенками без последующего уплотнения, таблица не используется

0

Коэффициенты бокового давления обратной засыпки определяются следующим образом:

K1: коэффициент обратной засыпки, используемый над верхней образующей трубы.

 K2: коэффициент обратной засыпки, используемый вокруг трубы до верхней образующей.

Тип грунта

K1

K2

1

0,5

0,4

2

0,3

3

0,2

4

0,1

Расчет модуля сжатия в различных зонах засыпки и траншеи осуществляется методом CBR (калифорнийское число) с использованием круглой пластины с площадью поверхности 700 см2. Значения Es в Н/мм2 вычисляются посредством следующего уравнения:

Где:

Es: модуль сжатия, Н/мм2

R: радиус нагруженной пластины, мм.

: угол наклона в начале кривой нагрузки (F) — основание (y), полученный в результате теста, в Н/мм.

Если испытания не проводятся, значения E1 и E2 могут быть взяты из приведенной ниже таблицы в зависимости от степени уплотнения, указанной для обратной засыпки, и в зависимости от типа почвы.

Можно принять E1 = E2, когда материал и уплотнение обратной засыпки в обеих областях одинаковы. Значения E3 и E4 должны выбираться в соответствии с фактическими грунтовыми условиями в траншее. Если указанные значения известны, можно считать, что E3 = E2, а при установке под насыпью предполагается, что E1 = E2 = E3.

Для нормальных грунтов значение Е4 получают из приведенной ниже таблицы.

Модуль сжатия Es (Н/мм2)

Тип грунта

% нормальное уплотнение по Проктору

85

90

92

96

97

100

G1

2.5

6

9

16

23

40

G2

1.2

3

4

8

11

20

G3

0.8

2

3

5

8

14

G4

0.6

1.5

2

4

6

10

Транспортные нагрузки

На вертикальные трубы оказывается определенное давление, которое можно охарактеризовать следующим образом:

Концентрированные перегрузки: вызваны точечными нагрузками при движении транспорта, передаваемыми через колеса транспортного средства. Для того, чтобы их получить, необходимо найти значение сосредоточенной нагрузки Pc в кН:

No

Обоз-е

Общая нагрузка, (т)

Кол-во осей

a (м.)

b (м.)

Нагрузка на колесо (Pc) (к)

Переднее

Заднее

1

LT 12

12

2

2

3

20

40

2

HT 26

26

2

2

3

65

65

3

HT 39

39

3

2

1,5

65

65

4

HT 60

60

3

2

1,5

100

100

  • Высота земли над верхней частью образующей линии трубы, Н, в метрах. Когда труба устанавливается под площадкой с твердым покрытием, используется эквивалентная высота He

Сила подземных вод

Подземные воды в меньшей степени воздействуют на трубы по сравнению с описанными выше силами. Их влияние на нагрузку и деформацию в траншеях незначительное по сравнению с другими параметрами установки.

Важным фактором, связанным с силами грунтовых вод, является плавучесть трубы из-за гидростатических и подъемных сил, для противодействия которым требуется установка балласта определенного размера.

Результаты исследований

Влияние параметров подготовки траншеи и уклона.

Существует несколько внешних факторов, которые можно учитывать для проверки условий монтажа. Факторы, оказывающие наибольшее влияние — рабочее давление, движение транспорта и тип грунта.

Параметры

Сопротивление (нагрузка)

Деформация

Важность

H1

+

+

• •

B1

+

+

Рабочее давление

+

-

• • • • •

Движение транспорта / дорожное покрытие

+

+

• • • •

Уровень грунтовых вод

+

+

• •

Альфа (2α)

+

-

Тип грунта / уплотнение

+

+

• • • •

Конструкция трубы (DN, e и материал)

+

+

• • •

Компания Molecor разработала онлайн-приложение для проведения всех необходимых расчетов, которые помогут выбрать наилучшее техническое решение: www.tomcalculation.com

Все расчеты разработаны в соответствии с самым широко распространенным Европейским стандартом UN 53331: 1997 и ATV-DVWK-A 127 E: 2000 «Статический расчет для стоков и канализаций».