В.С.ШИРОКОВ, канд. техн. наук (НИИЖБ), Развитие и совершенствование производства железобетонных труб
Жизнеобеспечение любых объектов строительства в городах и сельской местности требует обустройства водопроводных,канализационных и ливневых трубопроводных сетей.
Железобетонные трубы находят в трубопроводах большое применение в силу известных своих преимуществ - конкурентоспособности, недефицитности, долговечности, технологичности в укладке. Кроме того, для труб сравнительно большого диаметра, начиная от 500-600 мм, альтернативы железобетонным трубам практически нет, особенно в системах промышленно-бытовой и ливневой канализации.
Исторически сложилось, что с развитием сборного железобетона заводское производство железобетонных труб шло в двух направлениях - по технологии центрифугирования и виброформования, из которых объем центрифугированных труб достигал 70% общего объема выпуска. За 40-50 лет эксплуатации это оборудование морально устарело. Качество труб и технология изготовления в настоящее время не отвечают современным требованиям по многим техническим параметрам.
В последние 10 лет ряд заводов в стране закупил современное оборудование по технологии вибропрессования датской фирмы «Pedershaab», которое позволяет выпускать трубы диаметром от 100 мм до 3500 мм длиной от 2,5 м и более. Данную технологию отличает малая металлоемкость оборудования, широкий диапазон номенклатуры изделий, высокая производительность, использование высокочастотной вибрации (4500-6000 кол/ мин), позволяющей применять жесткие бетонные смеси и немедленную распалубку, высокое качество труб, характеризующееся точностью геометрических размеров и высокой прочностью бетона - 50 МПа.
Заложенные в действующих стандартах и других нормативных документах характеристики железобетонных безнапорных труб ориентированы на отечественного производителя и отличаются от зарубежных показателей, а также от требований отечественного строительства сегодняшнего времени. Сказанное предопределяет необходимость технической модернизации и перевооружения как в сфере заводского производства, так и в области создания новой нормативной базы, к которым относится стандарт (старые ТУ), а также до сих пор официально не выпущенные нормы нагрузок на подземные трубопроводы. Прежде всего в существующем ГОСТе должна быть расширена номенклатура выпускаемых изделий за счет длины и диаметра. Изменения диктуются выпуском труб на импортном оборудовании, закупленном рядом заводов (Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Казань, Тверь,
Некрасовка Моск.области и др.), а также выпуском труб диаметром до 3,5 м некоторыми отечественными предприятиями.
К наиболее существенным характеристикам бетона труб относится прочность на сжатие. В ГОСТ 6482-88 заложена прочность класса В25 (М300). От нее расчитывают арматуру, прочность самой трубы и глубину заложения. В силу современных требований такая прочность не является достаточной, хотя бы с точки зрения плотности бетона и надежности возводимой конструкции.
Глубина заложения труб напрямую связана с расходом металла, т.е. с экономичностью труб и способом укладки трубопровода. Реально существуют три вида укладки труб: открытым способом в траншеи и в насыпь и в закрытых проходах. Используя методику определения вертикальных нагрузок на подземные сооружения, разработанную ранее проф. М.М. Протодьяконовым и развитую далее С.С. Давыдовым и Г.К. Клейном, можно придти к выведу, что наиболее приемлемая величина заглубления трубопроводов, укладываемых открытым способом,является величина 4 м. Такая максимальная глубина заложения труб оправдана по ряду причин. По расчетам, для более массовых в применении труб диаметров 400...800 мм при глубине заложения 6 м и более происходит сводообразование грунта, что резко снижает вертикальную нагрузку на трубу. При необходимости глубокого заложения труб большего диаметра следует воспользоваться методом их усиления, изложенным в «Материалах для проектирования трубопроводов».
В условиях интенсивной застройки и развитой сети подземных коммуникаций, что характерно для городов, технически и экономически оправдан закрытый способ прокладки при глубине 6 м и более. Однако закрытый способ требует повышенных прочностных характеристик бетона класса В40-В50 (М500-М600), что налагает определенные требования к составам бетона и методам его укладки, а также к конструкции труб. Последнюю отличает повышенная толщина стенки, на которую передается нагрузка продольного продаеливания(способы проходки щитовым методом или проколом).
Существующие до настоящего времени технологии изготовления железобетонных труб методом центрифугирования и вибрирования с частотой колебаний до 3000 кол/мин обеспечивают прочность бетона, как правило, 30-35 МПа, что заставляет производственников выпускать трубы с высоким расходом арматуры - 3-го класса прочности (по ГОСТ 6482-88) на глубину заложения 6 м. Кроме того, в трубах нет должной точности геометрических размеров по втулочной и раструбным частям. Вместе взятое существенным образом сказывается на их рентабельности и спросе. Поэтому первостепенное значение имеет глубина заложения и тип труб, который намечен в проекте и который должен заказываться у заводов-изготовителей под проект.
В сельских и поселковых местностях, где отсутствует инфраструктура подземных коммуникаций, использовать трубы с глубиной заложения более 4 м просто нецелесообразно.
При разработке отечественных технологий центрифугирования и вибрирования изначально исходили из необходимости уменьшения стыковых соединений в трубопроводе. За оптимальную была взята длина трубы 5 м. Сегодня сложилась парадоксальная ситуация. Для труб 5- метровой длины количество стыков вдвое меньше, чем для труб длиной 2,5 м, причем предусматривается стыковка методом зачеканки - процесс тяжелый и трудоемкий. Трубы длиной 2,5 м в силу точности геометрии стыкуются в трубопроводе с помощью резинового кольца, что существенно снижает трудозатраты. Кроме того, увеличение глубины заложения до 6 м и более резко повышает стоимость строительно-монтажных и земляных работ при возведении трубопровода, причем используются трубы с самым высоким расходом арматуры. Другими словами, в ГОСТ 6482-88 заложено противоречие: взамен сокращения стоимости строительно-монтажных и земляных работ видно ее явное увеличение вместе с повышением расхода арматуры в изделиях, с чем всегда борются проектировщики, конструкторы, научные работники, изыскивая новые конструктивные решения труб, технологические усовершенствования и др. К последним можно отнести новые по геометрии арматурные каркасы, иную конструктивную схему изготовления спиральных каркасов. Однако высказанные предложения требует более детальной проработки, контрольных испытаний на трубах и патентной защиты. Существенным пробелом стандарта следует считать отсутствие в нем раздела безнапорных бетонных труб, поскольку стандарт должен ориентировать производственников на новые экономичные и альтернативные решения в вопросе выпуска труб, в особенности без использования арматуры.
К числу других технических усовершенствований относится разработка конструкции ребристых железобетонных труб. На Московском заводе ЖБИ-23 (гл.инженер Бочаров B.C.) освоен выпуск таких труб диаметром 1200-1600 мм и длиной 5 м, конструкция которых разработана во ФГУП «Госэкомелиовод». Трубы прошли всесторонние испытания, которые подтвердили, что при сравнительно небольшом увеличении расхода бетона на трубу происходит существенное снижение расхода арматуры и сохраняется эксплуатационная прочность самой трубы. Более того, расчет показывает, что данные трубы возможно укладывать на глубину 8-10 м. Таким образом, ребристые трубы относятся к одному из эффективных типов безнапорных труб, наряду с круглыми. Вместе с тем, исходя из вышеизложенного о глубине заложения труб открытым способом, при разработке вопроса ребристых труб следует ориентироваться на диаметры 400.. .800 мм как армированных, так и неармированных.
Интересным технологическим решением на этом заводе является конструкция механически складывающегося внутреннего сердечника для формования труб. Помимо удобной распалубки труб, на сердечник можно устанавливать цельный полиэтиленовый чехол круглого очертания. После раздвижки сердечника в рабочее состояние чехол плотно его облегает, после чего на посту получают трубы с внутренним полиэтиленовым чехлом. Такие трубы отличаются высокой коррозионной стойкостью по отношению к транспортируемым по трубопроводу агрессивным жидкостям - бытовым и промышленным, характеризующимися кислотной агрессией, наиболее опасной для бетона по интенсивности его разрушения.
Трубы с внутренним полиэтиленовым чехлом или чехлом из ПВХ можно изготавливать и на оборудовании фирмы «Pedershaab» (тип Модуль-симплекс). Разница в распалубке труб состоит в том, что здесь снизу трубы под чехлом подается сжатый воздух, который, снижает трение между сердечником и чехлом, облегчая немедленную распалубку.
Сравнивая наиболее распространенные за рубежом технологии производства безнапорных труб методами вибропрессования с высокочастотным вибрированием с подпрессовной (датская фирма «Pedershaab», немецкие фирмы «Zublin», «Pfeifer») и радиальным прессованием (итальянская фирма «Siome», фирмы США «Мае Crackeu», «Hydrotile»), следует отметить, что к легко осваиваемой относится технология вибропрессования , причем наиболее простым, не снижающим качество изделий и более доступным с финансовой стороны, является оборудование фирмы «Pedershaab». Технология радиального прессования, оборудование которой в отечественном исполнении было установлено на нескольких заводах, несмотря на многолетние усилия проектных, научных и производственных организаций, так и не была освоена из-за технологических и технических сложностей.
Касаясь финансового вопроса, с точки зрения стоимости перевооружения трубных заводов на новую технологию вибропрессования, следует отметить следующее. Цена одного комплекта оборудования типа «Виги Симплекс» составляет в среднем 120 тыс.евро. Если учесть, что в стране закуплено 15 комплектов оборудования, то всего российской стороной затрачено 1,8 млн. евро (более 65 млн.руб.). Представляется, что такая сумма достаточна для закупки лицензии у фирмы с возможностью выпускать собственное оборудование и оснащать им не только собственные заводы, но и продавать в третьи страны. Необходима централизация и в технической политике, и в финансовых ресурсах, например путем создания акционерного объединения, поскольку интерес к железобетонным трубам неизменно возрастает.
В заключение отметим, что напорные железобетонные трубы в данной статье не затрагивались, поскольку выходили за рамки рассматриваемой проблемы. Однако раньше или позднее этот вопрос встанет в повестке дня, поскольку напорным магистральным водоводам из бетона по долговечности и конкурентоспособности альтернативы не существует.
Выводы
1. Доминирующие в нашей стране технологии центрифугирования и вибрирования и выпускаемые по ним безнапорные железобетонные трубы не отвечают современным требованиям по трудоемкости, производительности, металлоемкости и качеству выпускаемой продукции. Альтернативой им является технология вибропрессования с высококачественным виброуплотнением и подпрессовкой бетона труб, которая представлена несколькими комплектами импортного оборудования, смонтированными и функционирующими на ряде заводов (Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Казань, Тверь и др.).
2. Существующий ГОСТ 6482- 88 на железобетонные трубы требует существенной корректировки в сторону расширения номенклатуры выпускаемых изделий по геометрическим параметрам и типу труб. По геометрическим параметрам: длина от 2 до 5 м, диаметр от 800 до 3500 мм; стыковое соединение - прямой и фальцевый стык под зачеканку и ступенчатый унифицированный стык под резиновое уплотнительное кольцо. По типу труб: обычные железобетонные трубы, изготавливаемые по технологиям центрофугирования и вибропрессования; бетонные трубы диаметром от 300 до 800 мм - круглые и ребристые; трубы для закрытой прокладки методом продав- л ивания (прокола) диаметром от 600 до 1500 мм с утолщенной стенкой; коррозионностойкие трубы с внутренним полиэтиленовым чехлом диаметром от 800 до 2000 мм.
В статье не рассматривается такая номенклатура изделий, как трубы с фасонными частями, хотя этот вопрос давно требует своего решения с включением данной номенклатуры в стандарт.
3. В стандарте должна быть увеличена марочная прочность бетона труб до класса по прочности на сжатие В30-В50 (М400-М600) в зависимости от типа труб и введены характеристики плотности бетона. Помимо стандартного определения прочности бетона на сжатие, целесообразно ввести определение прочности бетона на растяжение по кубам или цилиндрам (ГОСТ 10180-85).
4. Необходимо провести расчетный анализ глубины укладки труб различными способами, увязав расчеты с экономической и технической эффективностью. Но уже сейчас можно с достаточной степенью уверенности исключить из ГОСТ 6482-88 трубы 3-го класса по прочности, рассчитанные на глубину заложения 6 м. Открытый способ укладки труб на такую глубину не оправдан экономически и технически, поскольку строители начинают широко использовать бестраншейный способ укладки трубопроводов методом продавливания.
5. Как обязательный нормативный документ для железобетонных труб должны быть выпущены нормы «Нагрузки и воздействия грунта на подземные трубопроводы».
6. Использование внутреннего полиэтиленового чехла (чехла из ПВХ) в трубах для придания трубопроводам, работающим в условиях транспорта промышленно-бытовой канализации, высокой коррозионной стойкости относится к наиболее эффективным и экономичным способом защиты бетона от агрессии. Технические предпосылки для изготовления таких труб имеются.
7. Увеличение класса бетона по прочности и исключение из стандарта труб 3-го класса прочности приводит к существенному сокращению расхода арматуры при изготовлении труб.
8. В целях повышения эффективности использования бетонных и железобетонных безнапорных труб целесообразна централизованная связь и управление по решению различных технических и экономических вопросов.
Бетон и железобетон, 2005 №5