ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ТРУБОПРОВОДЫ
При малых напорах и больших расходах воды железобетонные трубопроводы оказываются выгоднее стальных, так как имеют достаточную жесткость и прочность при небольшом расходе металла. Железобетонные трубопроводы выполняются из толстостенной бетонной оболочки, армированной стальными стержнями (рис. 17-19).
Для повышения водонепроницаемости трубы ее внутреннюю поверхность покрывают слоем торкрета или выполняют внутренний слой трубопровода из специальных водонепроницаемых бетонов.
При высоких напорах применяются внутренние оболочки из стали или из полимеров. Высоконапорные железобетонные трубопроводы делаются круглого сечения. При относительно небольших напорах и засыпке трубопроводов землей наиболее экономичным является сечение, очерченное по кривой давления для действующих сил. При этом в стенках трубы получаются минимальные изгибающие моменты. Прямоугольная форма железобетонных водоводов неэкономична вследствие больших изгибающих моментов, возникающих в стенках и перекрытиях. Поэтому прямоугольные водоводы делают сравнительно редко, например, когда надо соединить водоприемник прямоугольной формы с прямоугольной спиральной камерой турбины.
Для уменьшения температурных влияний железобетонные трубопроводы засыпаются землей или утепляются иным способом. Это позволяет применять железобетонные трубопроводы без швов и без компенсационных муфт.
Трубопровод может выполняться монолитным, с бетонированием на месте, либо сборным из звеньев, укладываемых на месте и соединяемых муфтами. В длинных полого проложенных монолитных трубопроводах во избежание значительных усадочных усилий бетонирование ведется по участкам, и каждый участок длиной до 70—80 м бетонируется от середины к концам. Между концами забетонированных участков трубопровода остаются промежутки, в которые выпускается арматура. Смыкание участков труб производится после усадки и при возможно более низкой температуре, чтобы последующие температурные деформации могли вызвать возможно меньшие растягивающие напряжения.
Напорный железобетонный трубопровод подвергается действию внутреннего давления воды с учетом гидравлического удара, собственного веса трубопровода и земли, если трубопровод засыпан.
Толщина бетонной оболочки 6 и площадь сечения арматуры определяются по несущей способности — предельным состояниям II группы, когда по условиям нормальной эксплуатации сооружения не допускается образование трещин в бетоне. Такой расчет обусловлен необходимостью обеспечения водонепроницаемости железобетонной оболочки. При отношении модулей упругости бетона и стальной арматуры 1:10 и при расчетном сопротивлении бетона на растяжение Rpn, напряжение в кольцевой арматуре класса А — II будет всего лишь 30 МПа (300 кгс/см2). Исходя из этих соотношений в предварительных расчетах толщину стенки трубопровода б (м) можно определить из условия
Площадь кольцевой арматуры обычно принимается не менее 0,4 % от сечения бетона; причем на напоре более 10 м даются два кольца — внутреннее и наружное. Площадь поперечного сечения продольной (распределительной) арматуры принимается не менее 15% от площади кольцевой арматуры. Защитный слой бетона делается не менее 0,06 м.
В обычных железобетонных трубопроводах прочностные возможности стальной рабочей арматуры существенно недоиспользуются. Для устранения этого делают предварительно напряженные трубопроводы, выполняемые различным способом. Наиболее простой способ состоит в том, что бетонная оболочка обжимается стальной кольцевой арматурой, наматываемой на оболочку снаружи и покрываемой защитным слоем бетона. При наполнении трубопровода оболочка трубопровода начинает подвергаться внутреннему давлению и при этом предварительно сообщенные ей сжимающие напряжения уменьшаются, а обжимающая оболочку стальная арматура получает добавочные растягивающие напряжения. При этом не возникают растягивающие напряжения в бетонной оболочке и лучше используются прочностные способности стальной арматуры.
Предварительно напряженные железобетонные трубопроводы могут выполняться как монолитными, целиком изготовляемыми на месте, так и сборными из отдельных деталей оболочки, изготовленных на заводе. При больших напорах применяются многослойные железобетонные и сталежелезобетонные трубопроводы.