В брошюре изложены основные сведения по расчету и конструированию железобетонных трубопроводов больших диаметров, построенных на крупных водопроводных каналах (каналы Северный Донец—Донбасс и Днепр—Кривой Рог) и на гидроэлектростанциях в головной части Кубань-Калаусской обводнительно-оросительной системы (Кубань-Калаусских ГЭС).

Приведены особенности технологии изготовления и монтажа таких трубопроводов, характеристика материалов для их изготовления, а также описание полигонов для изготовления труб; анализируются некоторые технико-экономические показатели железобетонных и металлических трубопроводов.

Брошюра предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием и строительством напорных трубопроводов для гидроэлектростанций, ирригационных систем и водопроводных каналов, систем водоснабжения крупных промышленных предприятий и тепловых электростанций.

Введение

Глава первая. Конструкции и расчет труб
1. Конструкции труб
2. Расчет труб
3. Определение величины предварительных напряжений

Глава вторая. Экспериментальные исследования труб
4. Общие сведения об организации экспериментальных исследований
5. Исследование напряженного состояния труб
6. Исследование напряженного состояния раствора, инъектируемого в стык
7. Испытание стыков на водонепроницаемость
8. Испытание труб на прочность
9. Исследование режимов термообработки труб

Глава третья. Материалы для изготовления труб
10. Бетон
11. Высокопрочная проволока и арматура
12. Резино-технические изделия
13. Растворы для торкрета и инъекции

Глава четвертая. Изготовление труб и монтаж трубопроводов на строительстве Кубань-Калаусских ГЭС
14. Производственная база изготовления труб
15. Технология изготовления труб и основное технологическое оборудование
16. Гидравлические испытания
17. Транспортировка труб к месту укладки и монтаж трубопровода
18. Уплотнение стыков труб
19. Некоторые дефекты, выявленные при строительстве и эксплуатации железобетонных трубопроводов

Глава пятая. Технико-экономические показатели железобетонных и металлических трубопроводов
20. Общие положения
21. Стоимость материалов и полуфабрикатов
22. Стоимость изготовления железобетонных труб на полигоне и стоимость укрупнительной сборки металлических труб
23. Стоимость перевозки труб от полигона до места монтажа
24. Стоимость монтажа трубопроводов
25. Полная стоимость и трудоемкость
26. Затраты на эксплуатацию железобетонных и металлических трубопроводов

Глава шестая. Пути дальнейшего совершенствования конструкций и технологии изготовления железобетонных труб больших диаметров
27. Совершенствование конструкций труб
28. Совершенствование технологии изготовления труб

Литература

Введение

В последние годы в Советском Союзе и за рубежом построено большое количество крупных трубопроводов для гидравлических и тепловых электростанций, на водопроводных и ирригационных каналах, а также на системах водоснабжения промышленных предприятий к трубопроводам больших диаметров обычно относятся негабаритные по условиям транспортировки трубы (диаметром более 2,5 м), производство которых целесообразно организовывать, как правило, на местных предприятиях или на полигонах строительств, что предопределяет ряд особенностей их конструкции и технологии изготовления.

Масштабы строительства крупных водоводов в различных отраслях народного хозяйства могут быть проиллюстрированы следующими данными.

На современных крупных тепловых электростанциях для охлаждения конденсаторов турбоагрегатов на каждый 1 млн. кет установленной мощности в обороте находится 25—30 м³/ сек воды. В ближайшей перспективе основной прирост энергетических мощностей (около 10 млн. квт в год) намечается обеспечивать за счет строительства тепловых электростанций мощностью 2,4—4,0 млн. квт, что предопределяет необходимость создания систем циркуляционного водоснабжения производительностью 80—100 м³/сек. Протяженность водоводов на таких электростанциях может достигать 10—15 км при диаметре труб 3—4 м. Примерно таких же параметров водоводы строятся на крупных металлургических заводах. Значительно расширяется строительство напорных трубопроводов на водопроводных и ирригационных каналах. При этом, наряду с увеличением протяженности трубопроводов, здесь отмечается неуклонная тенденция увеличения их диаметров, что объясняется ростом расходов воды и связанным с этим увеличением производительности насосных агрегатов. Так, если на каналах Северный Донец — Донбасс и Днепр — Кривой Рог при расчетной подаче воды около 30—40 м³/сек производительность насосных агрегатов составляла около 10 м³/сек, что потребовало строительства трубопроводов диаметром 2,2—2,8 м, то на канале Иртыш — Караганда при подаче 75 м³/сек воды потребовалась установка насосов производительностью до 20 м³/сек, что сделало необходимым применение трубопроводов диаметром не менее 2,6 м.

В настоящее время проектируется канал Днепр — Донбасс и рассматривается вопрос о проектировании первой очереди канала Волга — Урал, которые должны будут подавать до 120—180 м³/сек воды. На строительстве этих каналов будут применены трубопроводы диаметром 3—4 м.

Значительное количество трубопроводов больших диаметров предстоит уложить на гидроаккумулирующих электростанциях.

Характерной особенностью последних лет в строительстве водоводов была замена металлических труб железобетонными. В отечественной практике в 50-х годах начали применять напорные железобетонные трубопроводы диаметром 0,8—1,5 м. Железобетонные трубы диаметром 1,5—2,5 м в настоящее время применяются преимущественно для безнапорных водоводов. Напорные водоводы более крупных диаметров изготовляются в основном из металла.

За рубежом производство и применение железобетонных труб различного диаметра развито очень широко. Так, в США еще в 50-х годах выпуск железобетонных напорных и безнапорных труб различных диаметров (вплоть до 4 л) достигал 5 млн. м³ в год, а количество местных предприятий по производству труб доходило до 700.

Опыт применения железобетонных трубопроводов как в СССР, так и за рубежом доказал их бесспорные технико-экономические преимущества перед металлическими. Внедрение железобетонных труб позволяет не только существенно сократить потребность в листовом металле и снизить стоимость строительства трубопроводов, но, что не менее важно, повысить их долговечность и сократить эксплуатационные затраты. Особенно существенного значения эта экономия достигает при использовании напорных железобетонных труб диаметром более 1,5 м.

Замена металла железобетоном в напорных трубопроводах наиболее эффективна по сравнению с любыми другими железобетонными конструкциями, заменяющими соответствующие металлические (балки, фермы и т. п.). Это способствовало тому, что за рубежом сборный железобетон наиболее широкое применение нашел именно при строительстве трубопроводов и значительно меньше применяется в других конструкциях. Так, в энергетическом строительстве США сборный железобетон наиболее широко применяется при строительстве систем циркуляционного водоснабжения теплоэлектростанций, а также подземных кабельных коммуникаций, которые выполняются из стандартных железобетонных труб диаметром около 2 м.

Ограниченное применение в СССР сборного железобетона для строительства трубопроводов больших диаметров объясняется недостатком опыта изготовления и монтажа крупных железобетонных труб, а также отсутствием вплоть до последнего времени достаточно простых и проверенных в длительной эксплуатации конструкций таких труб и особенно стыков между ними. Кроме того, при строительстве трубопроводов больших диаметров почти исключается централизованное заводское изготовление из-за трудности транспортировки готовых изделий к месту монтажа. Изготовление же таких труб непосредственно на полигонах строительства становится экономически целесообразным при относительно больших объемах их производства (как правило, более 10 тыс. м³). Такие объемы применения труб большого диаметра до последнего времени встречались относительно редко, но в настоящее время и особенно в ближайшей перспективе потребность в таких трубах резко возрастает и совершенствование их конструкции, а также технологии изготовления и монтажа становится актуальным. Поэтому замена в крупных трубопроводах металла на сборный железобетон снизит потребность в листовом металле на сотни тысяч тонн в год, что позволяет отнести это мероприятие к числу важнейших народнохозяйственных проблем.

В настоящее время наибольший опыт в проектировании и строительстве крупных трубопроводов из железобетона в СССР накоплен в системе Министерства энергетики и электрификации СССР. Институт Гидропроект имени С.Я. Жука в последние годы провел большую работу по проектированию, исследованию и внедрению в строительство железобетонных трубопроводов для каналов и гидроэлектростанций. По его проектам построены трубопроводы из монолитного железобетона с предварительно обжатой арматурой диаметром 2,5 и 2,8 м на напор до 5,5 ат на канале Северный Донец—Донбас (строительная организация «Донбассканалстрой»), сборные предварительно напряженные железобетонные трубопроводы диаметром 2,8 м с напором до 4 ат на канале Днепр—Кривой Рог (строительная организация «Днепрострой»), а в настоящее время строятся сборные предварительно напряженные трубопроводы диаметром 4 м на напор до 8 ат на Кубань-Калаусских гидроэлектростанциях (строительная организация «Севкаигидроэнергострой»).

В предлагаемой вниманию читателей брошюре подводятся итоги расчетно-теоретических и исследовательских работ, выполненных в процессе проектирования и строительства этих сооружений, а также дается описание основных технологических операций по изготовлению и монтажу железобетонных трубопроводов больших диаметров. При этом сведения по трубопроводам каналов Северный Донец — Донбасс и Днепр — Кривой Рог приводятся лишь в том объеме, который необходим для понимания эволюции конструкции и технологии строительства железобетонных трубопроводов больших диаметров, позволившей перенести основные операции по их изготовлению на полигоны, а также для получения сведений об условиях их эксплуатации. Основной материал книги посвящен опыту проектирования, исследований и строительства железобетонных трубопроводов, сооружаемых на напорных деривациях Кубань-Калаусских ГЭС, где к настоящему времени в наибольшей степени отработана технология изготовления предварительно напряженных железобетонных труб больших диаметров, освоены все процессы их монтажа, а также проведена проверка надежности принятой конструкции звеньев труб и стыков между ними в ходе испытаний и эксплуатации уже построенных ниток деривации.

Осуществленная на строительстве Кубань-Калаусских ГЭС технология изготовления и монтажа предварительно напряженных железобетонных трубопроводов большого диаметра в основных своих положениях может быть применена на любом строительстве, где возникает потребность в сооружении негабаритных трубопроводов с напорами до 10 ат. При этом для трубопроводов с напорами менее 2—3 ат, которые наиболее широко применяются в системах циркуляционного водоснабжения тепловых электростанций, в ряде случаев может оказаться целесообразным применение железобетонных труб без предварительного напряжения, что существенно упрощает технологию их изготовления и оснастку полигона.

Естественно, что по мере накопления опыта строительства таких трубопроводов их конструкция, а также технология изготовления и монтажа будут непрерывно совершенствоваться. Некоторые соображения по этому поводу приводятся и в настоящей брошюре.

Глава 4 (§ 17, 18) написана А.Н. Винничеком, гл. 2 (§ 7, 8), 5 и 6 — В.С. Конвизом, гл. 1, 4 (§ 14—46 и 19) — В.Д. Новожениным, гл. 2 (§ 4—6 и 9) и 3 — А.Д. Осиповым.

Авторы выражают признательность доктору техн. наук В.И. Овсянкину за ценные замечания, сделанные при просмотре рукописи и учтенные авторами при подготовке рукописи к печати.