Подземно полагане на PE тръби

Тръбопроводните системи са част от нашия всекидневен свят. Отстрани концепцията за подземна инсталация на тръбопровод изглежда сравнително лесна – изкопава се траншея, тръбата се поставя в нея и изкопът се запълва. Въпреки че тази опростена представа за процедурата може да е привлекателна, тя съвсем не обхваща същинските инженерни работи, свързани с подземното полагане на един тръбопровод.

Счита се, че полиетиленовите (PE) тръби се отличават с гъвкавост, която позволява огъването им до допустима граница на деформация, без да се повредят. Повечето PE тръби могат устоят на големи огъвания, без да се стигне до увреждането им, но за практически цели PE тръбите са ограничени до 7,5% отклонение или по-малко в зависимост от съотношението на диаметъра към дебелината на стената (dimension ratio, DR) и приложението им. За PE тръбите гъвкавостта е правопропорционална на DR. Тръбите с ниска стойност на DR, например DR 7,3, са с висока устойчивост на огъване, защото гъвкавостта на тези тръби е много ниска, а издръжливостта им на натиск е висока. Тръби с DR 7,3 издържат на натиск до около 11 MPa, а от друга страна при тръби с DR 32,5 устойчивостта е на около 0,08 МPa. Този широк диапазон на гъвкавостта в една продуктова линия означава, че за тръбите с различни стойности на DR ще бъде необходимо изпълнението на различни изисквания при инсталация. Дълбочината на покривката и очакваните натоварвания на повърхността също оказват влияние върху конкретните изисквания за монтаж. Следователно, преди изграждане на системите е необходимо да се направи оценка на приложението и условията на обекта, за да се определи най-добрият и най-икономичен начин на инсталация.

Като цяло има две цели, които трябва да се постигнат при изграждането на тръбопроводните системи. Първата е да се осигурят подложка и засипка, които да предпазват тръбата от механични повреди от удари или твърди предмети в почвата. Втората е да се осигури укрепване срещу движения на земните маси и натоварвания, където това се изисква. Тръбите с по-ниска стойност на DR могат да поемат по-големи натоварвания и се нуждаят от по-малка почвена опора. Когато тръбите изискват опората на подложка, за да устоят на натоварване, материалът често се компактира. Обратната засипка, която се разполага над подложката, може също да бъде уплътнена. Компактирането на обратната засипка непосредствено над тръбата улеснява преразпределянето на част от натоварването в посока от тръбата към странично запълващата почва.

Етапи на изграждане
Прокопаване на траншеи. Траншеите трябва да бъдат изкопани съгласно посочените в проектната документация изисквания и в съответствие с приложимите стандарти за безопасност. Трябва да се избягват прекомерно дълги периоди на оставяне на изкопа открит, за да се сведат до минимум проблеми като наводняване, свличане на изкопните стени, замръзване на подложката и обратната засипка, както и максимално да се ограничат опасностите за работниците и трафика. Това може да се осъществи чрез тясно координиране на процесите по оформяне на изкопа, полагане на тръбите и обратно засипване.

Основните фактори, които трябва да се вземат предвид при изграждането на изкопа, са неговата ширина, стабилността на околната почва, стабилността на изкопните стени и акумулирането на вода в изкопа. Нестабилните почви или мокрите условия трябва да бъдат контролирани чрез осигуряване на алтернативен фундамент, скосяване или укрепване на изкопните стени, дрениране на изкопа или прилагането на друга подобна мярка.

Отводняване. За да е безопасна и правилна инсталацията на тръбопроводите, трябва да бъде контролирано нивото на подземните води в изкопа. Това може да бъде постигнато чрез изграждането на сондажи или употребата потопяеми помпи за отводняване.

Подложка. Когато почвата на дъното на траншеята може да бъде изкопана и изравнена без затруднения, тръбата може да бъде монтирана директно върху така подготвеното дъно. Повърхността на леглото за полагане на тръби под налягане трябва да е гладка – да няма изпъкнали ръбове, кухини и бучки. В други ситуации подложката може да се приготви от изкопания материал, ако той не съдържа камъни и е добре раздробен по време на изкопните работи. Дъното на траншеята трябва да е относително равно и без скали и камъни, защото те могат да станат причина за точково натоварване на тръбата. Те трябва да бъдат извадени, а върху долната част на изкопа да бъде положен слой подложка с дебелина 100 до 150 mm. Подложката се състои от сипкав материал като чакъл, пясък, тинест или глинест пясък, който не съдържа камъни или твърди частици, по-големи от 12 mm в диаметър.

Поставяне на тръбите в изкопа. PE тръби под налягане с диаметър до около 200 mm и с тегло около 2,7 кg на 30 cm или по-малко обикновено могат да бъдат поставени в изкопите ръчно. По-тежките тръби с по-голям диаметър изискват оборудване, което да повдигне, премести и спусне тръбите в изкопа. Те не трябва да бъдат хвърляни, изпускани, избутвани или търкаляни в изкопа. Необходимо е да се съблюдават подходящи мерки за безопасност, когато работниците се намират в или близо до изкопа.

Размерът на частиците на подложката не трябва да надвишава 12 mm за тръби с диаметър от 50 до 100 mm, 19 mm за тръби с диаметър от 150 до 200 mm и 25 mm за всички други размери. Когато подложката е ъглова, около тръбата може да се постави и трошен камък. Когато подложката е изградена от естествено срещащи се чакъл, пясък и смеси с фини частици, тя трябва да се полага на слоеве с дебелина не повече от 150 mm, след което да се трамбова механично.

Обратно засипване. То трябва да се извършва възможно най-скоро след полагането и съединяването на тръбите. Тази практика предотвратява отместването на тръбата, предпазва я от външни повреди, елиминира повдигането й поради наводняване на открития изкоп и при много студено време намалява възможността за замръзване на материала за засипката.

Качеството на материалите за засипка и тяхното полагане и уплътняване до голяма степен определят крайната деформация и подравняване на тръбите. Материалът за запълване на изкопа трябва да бъде избран с оглед на потенциалната му миграция към или от стената на изкопа към тръбата и други слоеве на подложката. В повечето случаи се изисква уплътняване за всички материали, положени в изкопа от 150 mm под тръбата до поне 150 mm над тръбата.

Материали за подложката
Както стана ясно, подложката е материалът, който непосредствено заобикаля тръбата. Той може да бъде внесен, например трошен камък, а може и да е изкопаният от траншеята материал. Подложката трябва да осигурява адекватна якост, твърдост, равномерна разпределеност на контакта с тръбата и стабилност, за да се сведе до минимум деформацията на тръбопровода.

Натискът, който земните маси оказват върху тръбата, е различен за отделните участъци по периметъра на тръбата. Натоварването в горната, както и в долната част на тръбата обикновено е по-малко. Често най-голям е натискът, действащ хоризонтално по осевата линия на тръбопровода.

Тъй като натискът на земните маси действа по периметъра на тръбата, е важно тя да бъде изцяло обвита от подложка. За да се гарантира, че подложката ще е ефективна при очакваните работни условия, е необходимо да бъдат специфицирани допустимите материали и тяхната минимална приемлива плътност.

Контрол на огъването
Товароносимостта на PE тръбите, по-специално на тези с голямо DR, може да бъде значително увеличена от почвата, в която са положени. Когато тръбата е под натиск, товарът се прехвърля от тръбата към почвата чрез хоризонтално движение на стената й. Това засилва контакта между тръбата и почвата и задейства пасивното съпротивление на почвата. То подпомага предотвратяването на допълнителна деформация на тръбите и допринася за поемането на вертикалните товари. Стойността на съпротивление на почвата в подложката пряко зависи от процедурата по инсталация. Колкото по-твърди са материалите на подложката, толкова по-малко е огъването на тръбата. Поради това комбинацията от материал и тръба често се разглежда като система.

Основната цел при полагането на тръбопровода е да се ограничи или контролира огъването. Огъването на PE тръбата е сума от два основни компонента: огъване при монтаж, което отразява техниката и вниманието, с които се инсталира тръбата; и огъване при експлоатация, което отразява приспособяването на изградената система тръбопровод-почва към последващия натиск на земните маси и други натоварвания.

Полевата инспекция на процедурата по полагане обикновено е достатъчна за контрол на огъването на повечето свързани посредством заваряване чрез стапяне тръби от РЕ. Тръбите с много голям диаметър понякога се проверяват за вертикална деформация. Обикновено измерванията на деформацията се извършват само след като засипката е била положена върху тръбата и е престояла най-малко 30 дни. Определя се допустимото отклонение, като обикновено то е в границите на 5%. Това осигурява допълнителна сигурност, тъй като повечето гравитачни PE тръби могат да издържат на по-голяма деформация, без да се повредят.

Правилно полагане на PE фитинги
Тъй като фитингите са част от монолитната конструкция, не са необходими опорни блокове, за да се предотврати отделянето им от PE тръбата. При тръбопроводите с тръбни чашкообразни съединения с припокриване трябва да се използват опорни блокове или скоби, за да се предотврати отделянето на тръбите от фитингите в местата, където има промяна на посоката на тръбопроводната линия.

Движението на PE тръбите поради еластична деформация, термично разширение/свиване и т. н. не ги уврежда, но преместването им или монтирането на вентили или друга арматура могат да причинят прекомерно натоварване. Правилното обратно засипване предотвратява прекомерното натоварване в повечето ситуации. Най-разпространените фитинги, колена и равни Т-образни части обикновено изискват същата обратна засипка, специфицирана за тръбата. Когато се правят сервизни връзки от PE водопроводи, не се изисква специално уплътняване.