Конструкция металлических гофрированных труб
Трубы для пропускания воды, изготовленные из гофрированного металла, используются при возведении железнодорожных путей и автодорог. Разделяются на две группы:
-
применяемые в обычных условиях;
-
использующиеся в холодных широтах.
Изделия для северных регионов рассчитаны на температуру ниже -40 0С. Этот диапазон температур характеризует практически всю территорию БАМа, кроме восточной его части, где средний показатель наиболее холодных суток меньше -40 0С.
Главными отличиями между трубоводами обычного и северного использования является применение:
-
разных видов марки стального сплава;
-
различных веществ, используемых для защитного покрытия поверхности и изготовления лотка;
-
способа конструирования основы.
Трубы из гофрированного металла круглой формы являются свободно гнущимися конструкциями с диаметром 1500-3000 мм, которые не требуют возведения постоянного фундамента. Главная их особенность – это необходимость взаимодействия с окружающим грунтом. Вертикально приложенное к трубопроводу давление распределяется через боковые ее части на окружающий грунт (рис. 1). Отсутствие возведенного упора разрушает всю конструкцию, происходит потеря устойчивости, деформация. Установка этой конструкции требует ответственного отношения к проведению качественной посадки и засыпанию всего периметра изделия.

Рис. 1. Схема конструкции труб (разрезы):
1 - металлическая гофрированная труба с двусторонним цинковым покрытием; 2 - дополнительное защитное покрытие; 3 - асфальтобетонный лоток; 4 - грунтовая призма; 5 - гравийно-песчаная подушка; 6 - противофильтрационный экран; 7 - укрепление, откосов; 8 - блок-упор; 9 - укрепление русла. Стрелками показано действие нагрузок на трубу в сечении А-А.
Трубная конструкция выполняется из металлических листов, промышленного производства. Листы заготовок выгнуты в соответствии требуемого диаметра, каждый из них имеет гофру с высотой 32,5 мм и специальным гребнем на ней, расположенной с шагом в 130 мм между собой. Соединительные размеры листов следующие:
-
по окружности 1600 мм;
-
вдоль собираемого строения 910 мм.
Достаточное число элементов конструкции соединяются в звенья круглого сечения. Необходимое количество листов для получения каждого звена, основные характеристики выведены в табл. 1.
Соединение листов в звено и в последствии звеньев в сплошную трубу производится внахлест при помощи болтов с диаметром 16 мм под спец. шайбы. Продольный стык, используемый для формирования звена, закрепляется с помощью двух рядов болтового соединения (13 болтов на один стык), элементы крепления располагают в шахматном порядке. Отличительной особенностью данного соединения является размещение болтов второго ряда изнутри (если смотреть от кромки листового элемента). Поперечное соединение готовых звеньев выполняется по окружности при помощи выставления крепежей в один ряд с шагом 200 мм. Предварительно подготавливаются отверстия для болтового соединения:
-
продольной стыковки с диаметром – 19 мм;
-
поперечного стыка – 21 мм.
Трубные изделия, предназначенные для эксплуатации в северных широтах (например, области БАМа), изготавливают в усиленном исполнении:
-
гофра выполняется на основе стальных сплавов 09Г2Д;
-
соединительная фурнитура производятся из стали марок 35Х или 38ХА. В некоторых случаях используется сталь марок: 20, 30, 35 и Ст.3.
Гофра обычного назначения изготавливается из стального сплава марки 15 сп.
Большинство готовых трубопроводов используется без специальных оголовков.
Таблица №1
Диаметр трубы, м
|
Полезная длина элемента, мм
|
1600
|
2400 (проект)
|
Толщина, мм
|
Масса, кг
|
Количество элементов на звено
|
Толщина, мм
|
Масса, кг
|
Количество элементов на звено
|
1
|
1,5
|
23,5
|
2
|
-
|
-
|
-
|
1
|
2
|
31,2
|
2
|
-
|
-
|
-
|
1,5
|
1,5
|
23,5
|
3
|
1,5
|
34,1
|
2
|
1,5
|
2
|
31,2
|
3
|
2
|
45,5
|
2
|
1,5
|
2,5
|
39
|
3
|
2,5
|
56,8
|
2
|
2 (2,3)
|
2
|
31,2
|
4
|
2
|
45,5
|
3
|
2 (2,3)
|
2,5
|
39
|
4
|
2,5
|
56,8
|
3
|
3
|
2,5
|
39
|
6
|
2,5
|
56,8
|
4
|
Примечания:
-
Для условий критично низких температур северных регионов толщина применяемого элемента должна быть не мене 2,5 мм.
-
Чтобы получить гофрированный трубопровод с диаметром 2000 мм необходимо 4 стандартных листа с полезной длиной 1600 мм.
-
Для изготовления изделия с диаметром 2300 мм потребуется 3 элемента с полезной длиной 2400 мм. В настоящее время данный вид не освоен для производства на профильных предприятиях РФ.
Торцовый край готовой конструкции обрезается под прямым углом или в соответствии направления насыпного откоса. Срезанные торцы окаймляются специальным уголком. Также для этих целей предполагается использование оголовков, произведенных из железобетона.
Чтобы избежать воздействия ржавчины, все используемые элементы: гофра, болты, гайки, шайбы, в процессе изготовления цинкуются (минимальный слой 80 мкм). В процессе внедрения по месту применения дополнительно для защиты от агрессивной среды соединения обрабатываются специальным битумным покрытием. Битум наносится двумя способами:
-
снаружи (в нормальных условиях эксплуатации);
-
с обеих сторон (для агрессивной среды).
Также существует дополнительное антикоррозийное покрытие, наносимое заводом изготовителем – полимерное эмалирование (обязательно для северного назначения). Применяются эмали марок Э-1, Э-2.
Чтобы обеспечить надежную защиту покрытия от воздействия сил трения в нижней части трубопровода укладываются специальные лотки, изготовленные из бетона или асфальтобетона. Места установки лотков:
-
над выемкой гофры (лоток - толщиной до 70 мм);
-
над гребнем (лоток - толщиной до 20 мм).
Для северного региона назначается только асфальтобетонный лоток.
Основываясь на характеристиках грунта в месте для укладки, используют подготовленную подушку из дренирующих сыпучих материалов с размером частицы менее 40-50 мм. Минимальный размер подсыпки 400 мм (необходимые габариты подушки проставляются при составлении монтажного чертежа).
Трубовод может быть установлен на природное основание грунта, если оно соответствует регламентному требованию по составу и размеру частиц. При установке трубной конструкции в тело насыпи, применении укладочной подушки, потребуется в случаях обнаружения крупногабаритных грунтов, размером частиц более 50 мм, либо глины или пылеватого песка.
Для удержания материала применяемой подушки и защиты его от водотока подрусловой воды устраиваются специальные противофильтрационные сооружения (перемычки из глины, цементного раствора, армированного бетона). Устройство данных барьеров прописывается в проектной документации.
Способы установки экранов:
-
из жестких материалов с укладкой под концевую секцию;
-
из глины и цементного раствора устраиваются под тремя крайними секциями.
Ответственная стадия выполнения работы – это обсыпка. Существуют определенные требования для ведения данных работ:
-
для обсыпки используются материалы, подходящие для строительства подушки, имеющие размер частиц не более 50 мм (песок, щебень, галька, гравий);
-
запрещено укладывать пылеватый песок, глинистый грунт;
-
требуется устраивать плотность наполнения пустого пространства не менее 95 %.
Описанные правила предполагаются для грунтового участка в районе призмы, габариты которой устанавливаются в зависимости от применяемых работ, необходимых для прокладки трубовода. Широкая часть призмы 4 в верхней и нижней частях (рис. 1-а,б) для трубы проложенной до установки самой насыпи устанавливается размером не менее 4000 мм. Соответственно откосная часть призмы принимается с отношением крутизны среза 1:1. Если укладка трубопровода происходит в эксплуатируемую насыпь, либо с заглублением в ее основание, тогда подготавливается траншейное углубление. Ширина доработки должна превышать на 1400 мм диаметр укладываемой трубовода. Габариты траншеи устраиваются без нарушений ПБ. Принимаемый слой обсыпки равен 500 мм и более.
Требования к высоте возводимой насыпной части:
-
для изделий типового исполнения эта величина зависит от размера изделия, габаритов гофры, характеристик грунта - прокладывание по ней автодороги или железнодорожных путей (см. табл. №2). Величина деформативности почвы для типовых материалов определяется модулем деформации, полученным в ходе компрессионных испытаний;
-
высота насыпного вала для индивидуальных проектов может быть выше принятого стандарта. Работы при таком задании ведутся с дополнительным контролем ответственного лица. Параметры модуля деформации – от 500 кгс/см2, коэф. грунтового уплотнения – 0,98.
Таблица №2
Диаметр трубы, м
|
Толщина листа, мм
|
Предельная высота насыпи для дороги, м
|
железной
|
автомобильной
|
1,5
|
1,5
|
|
6,3
|
1,5
|
2
|
5,2
|
6,9
|
1,5
|
2,5
|
6
|
7,5
|
2 (2,3)
|
2
|
3,3
|
5,9
|
2 (2,3)
|
2,5
|
3,8
|
6,1
|
3
|
2,5
|
-
|
6,2
|
Примечание:
Предел значения высоты для насыпного вала указан для модуля деформации более 200 кгс/см².
Для изделий северного назначения габариты применяемых насыпей регулируют нахождение в месте укладки трубовода деформирующихся к неустойчиво замерзшей почвы. В случае возникновения такой ситуации толщину насыпи уменьшают. Дополнительным средством в таких условиях является использование увеличенной ширины подушки основания. Русловая часть водотока усиливается с помощью монолитных железобетонных плит, блоков или выкладкой природного камня (рис. 2).
Рис. 2. Двухочковая труба на железной дороге (низовая сторона).
Для всей протяженности трассы БАМа характерно наличие косогоров и залегание больших участков вечной мерзлоты.
Три схемы установки трубовода для перечисленных условий прокладки:
-
1 - практикуется при малых наклонах укладки;
-
2- используется с любым уклоном косогорного рельефа местности, но с малой высотой насыпи;
-
3- рекомендуется для основного применения (для насыпей с железнодорожным полотном избирательно). Ограничение по крутизне косогора менее 1:3. Для приведенного типа строительства используется удлинение края и устройство бермы.
Каждая выше перечисленная схема требует капитального строительства русловой части (рис. 4).
Установка труб в зависимости от категории осадочности вечномерзлых грунтов разрабатываемой поверхности:
-
1 категория – используется стандартная схема строительства, без поправок;
-
2 категория вечной мерзлоты – предполагает стандартную схему при условии постоянной отрицательной температуре поверхности строительства. При условии возможного оттаивания устраивается строительный подъемом, компенсирующий возможность просадки основания;
-
для почв с высоким риском просадки 2,3,4 категорий требуется применение индивидуального расчета прокладки, который регламентируется необходимостью применения и наличием средств исполнения проекта.
Возможно также применение данных изделий для строительства в местах сейсмической активности, которой характеризуются определенные участки БАМа. Имеющаяся возможность получена за счет конструкционного строения и отсутствия оголовков. Главное условие, которое необходимо соблюдать при таком строительстве – это устойчивое устройство самой насыпи.

Рис. 4. Укрепление русла и откосов насыпи монолитным бетоном у входа в двухочковую трубу