Строительство трубопровода в условиях заболоченной местности

Размещено на http://www.allbest.ru/

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА ИМ. И.М. ГУБКИНА

Курсовой проект

Тема: «Строительство трубопровода в условиях

заболоченной местности»

Подготовил: студент группы ТС-99-4

Коргин Д. В.

Проверил: доцент к.т.н. Орехов В. В.

Москва, 2002

Содержание

Введение

1. Классификация болот, особенности строительства трубопроводов на болотах

2. Механический расчёт трубопровода

3. Расчёт трубопровода на устойчивость

4. Способы балластировки магистральных трубопроводов

5. Закрепление трубопровода винтовыми анкерными устройствами

6. Несущая способность анкерных устройств

7. Размещение анкерных устройств вдоль трубопровода

8. Организация и технология производства работ по закреплению трубопровода анкерными устройствами

9. Контроль качества производства работ

Список литературы

трубопровод болото строительство

Введение

Линейное строительство, к которому относится и строительство трубопроводов, обладает одной важной особенностью - разнообразием и изменьчивастью характеристик местности (топографических, ландшафтных, грунтовых, гидрогеологических, климатических) вдоль трассы трубопровода, требующих применение различных технологическихсхнм и технологии строительства. Причём это изменение может быть настолько существенным, что требует либо полного технического переоснащения строительных подразделений, либо использования специализированных подразделений, выполняющий определённый вид работ. При составлении проекта производства работ и организации строительства весьма важно отметить достаточно чёткую классификацию условий строительства набора технологических схем и технологических приёмов производства работ в различных природно-климатических условиях.

Всё многообразие природных условий разделено на шесть групп: освоенные равнины, пустыни, болота, вечномёрзлые грунты, горы, водные преграды. Каждая из этих групп требует применения особой технологии строительства, специальной техники, без применения которой строительство становится если не невозможным, то совершенно нетехнологичным. Следует отметить, что на болотах, вечномёрзлых грунтах и в пустынях в некоторых условиях возможно применение тех же технологических схем, что и на освоенных равнинах. Например, промёрзшие болота мажно рассматривать как равнину, сложенную на некоторую глубину мёрзлым грунтом. Однако в летне-осенний период работа обычной техники на них практически невозможна. В летний период и вечномёрзлый грунт оттаивает, что делает его непроходимым. Поэтому отнести эти равнинные местности к освоенным и пригодным для круглосуточной работы равнинам нельзя.

Необходимо определить область трубопроводного строительства, охватываемом термин «сложные условия». Даже на самой простейшей трассе при определенных обстоятельствах строительно- монтажные работы могут стать весьма сложными. Например, в период сильных дождей обычная равнинная трасса становится труднопроходимой, а иногда даже непроходимой для обычных машин. Однако такое состояние для данной трассы не характерно.

Таким образом, сложными называются участки, на которых в период всего строительства сохраняются условия, исключающие обычные, типовые для линейного строительства, методы работ. На таких участках необходимо использование специальных машин и специальной, применительно к условиям, технологической схемы ведения работ.

В зависимости от условий работы трубопровода, а также для обеспечения безопасности расположенных вблизи трассы объектов, согласно главе СНиП 2-Д. 10-62, трубопроводы подразделяются на участки четырёх категорий. К трубопроводам соответствующих категорий предъявляются различные требования как в частности обеспечения их прочности, так и в частности их испытаний, защиты от коррозии, устройств по обслуживанию. Эти требования имеют целью обеспечить надёжную работу трубопровода на всех участках трассы даже при самых неблагоприятных воздействиях.

1. Классификация болот, особенности строительства трубопроводов на болотах

Болотом (торфянником) со строительной точки зрения называется избыточно увлажнённый участок земной поверхности, покрытый слоем торфа мощностью 0,5 м и более. Болота с мощностью торфяной залежи менее 0,5 м относятся к заболоченным землям.

Болота многообразны по своим физико-механическим свойствам, которые изменяются как со временем, так и по отдельным участккам одного и тогоже болота. Это обстоятельство с давних пор требовало чёткойклассификации болот,особенно при инженерных работах, когда торфяные грунты проектируются как основания сооружений.

Проектировщиков и строителей интересует вопрос: как осуществить строительство и будет ли возведённое сооружение отвечать всем техническим требованиям нормальной эксплуатации. Поэтому при изыскании. Проектировании и эксплуатации нужно чётко знать давление сооружения на основание, пределы возможных безаварийных деформаций сооружений и способность торфяного основания к восприятию времеенных или постоянных нагрузок.

Газопровод, укладываемый подземно на болотах, при засыпке трубы торфяным грунтом для устойчивости требует балластировки утяжеляющими грузами. Искусственно созданная отрицательная плавучесть прижимает газопровод ко дну траншеи. Отрицотельная плавучесть на 1 м трубы согласно СНиП 2-45 - 75 должна составлять не менее 5% от массы вытесненной жидкости. Нетрудно подсчитать, что давление газопровода на торфяную залеж не будет превышать 0,002 - 0,005 кг/см кв. Если в траншею укладывают нефтепровод, нефтепродуктопровод или водовод с балластировкой, то давление на основание не будет превышать 0,02 -0,06 кг/см кв. Давление от кабелей связей также превышает указанного значения.

Необходимо подчеркнуть, что давление на основание 0,05 - 0,06 кг/см кв возникает в тех случаях, когда балластировка нефтепродуктопровода рассчитывается на условия опорожнения его в период эксплуатации. Несущая способность торфяного грунта, как правило, более 0,1 кг/ см кв. С другой стороны, возможные осадки трубопровода, уложенного на торфяное основание, не вызывают сколько-нибудь значительных дополнительных продольных напряжений, так как трубопровод является гибкой нитью. Изложенное позволяет сделатьвывод, подтверждаемый практикой строительства и эксплуатации переходов трубопроводов через болота. Болота, целиком заполненные торфом любой степени разложения, могут служить основанием для стальных магистральных трубопроводов. Однако любая строительная классификкацияболот должна учитывать два основных требования: сохранение цельности сооружения на весь период эксплуатации и способ производства работ. Для цельности сооружения вполне достаточно, чтобы целиком заполняющие болота до минерального дна. Второе условие требует квалифицировать болота таким образом, чтобы при проектировании и строительстве можно было определить способы производства работ, а при эксплуатации - возможность доступа к любой точке перехода.

Поскольку нагрузка от строительной технике на торфяную залеж во много раз (10-20) больше,чем от трубопровода, то в основу классификации болот должна быть положена их проходимость.

Проходимость болот определяется его микроландшафтом.

По проходимости болота делятся на три типа:

1 тип - болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и неоднократный проход болотной техники с удельным давлением 0,2 - 0,3 кгс/см кв или проход обычной техники с помощю щитов,сланей или дорог, обеспечивающих снижение удельного давления на поверхность залежи до 0,2 кгс/см кв.

2 тип - болота, , целиком заполненные торфом, допускающие работу и проход строительной техники только с помощью щитов, сланей и дорог,обеспечивающих снижение удельного давления на поверхность залежи до 0,1 кгс/см кв.

3 тип - болота, допускающие работу только специальной техники на понтонах или обычной техники с плавучих средств.

Микроландшафт болота определяется в процессе изысканий по данным аэрофотосъёмки или натурного осмотра болот. Классификация болотных микроландшафтов и их характеристика производятся по внешним признакам: растительности, микрорельефу, гидрографической сети и т. д. Дешифрирование болот по материалам аэрофотосъёмок проводится по образцам- эталонам.

Основываясь на классификации болот по проходимости, проф. П.П. Бородавкин предлагает классификацию болот применительно к магистральным трубопроводам, учитывающую как проходимость строительной техники болот, так и протяжённость и глубину торфяной залежи. Уточнённая классификация болот формулируется следующим образом:

1 тип

1.Болота, целиком зополненные торфом устойчивой консистенции, и участки болотистых грунтов, допускающие работу и неоднократный проход строительных машин с уделным давлением на грунт q 0,25 кгс/см кв.

2. Болота, заполненные торфом неустойчивой консистенции при глубине торфа до 0,7 м, подстилаемые плотным минеральным грунтом, допускающим работу обычных строительных машин и механизмов. Ширина болота по створу перехода до 500 м. Несущая способность поверхности болота 0,05 < q < 0.25 кгс/см кв.

3. болота глубиной до 1,5 м на минеральном основании, целиком заполненные торфом, допускающие работу и проезд машин с удельным давлением на грунт q 0.1 кгс/см кв. Ширина болота в створе перехода до 250 м.

2 тип

1. Болота, заполненные торфом неустойчивой консистенции при глубине торфа до 0,7 м, подстилаемые плотным минеральным грунтом. Ширина болота более 500 м, 0,05 < q < 0.25 кгс/см кв.

2. Болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и проезд машин с удельным давлением до 0,1 кгс/см кв. Ширина болота до 1 км.

3 тип

1. Болота, допускающие работу только специальных плавучих машин и механизмов или обычных машин на понтонах.

2. Болота, целиком заполненные торфом, , допускающие работу и проезд машин с удельным давлением до 0,1 кгс/см кв. Ширина болота более 1 км.

2. Механический расчёт трубопровода

1)Определим толщину стенок труб для участка нефтепровода 11 категории.

Исходные данные: D_н=102см; Р=54кгс/см ²; Дt=20°С.

По сортаменту намечаем для нефтепровода трубы, выпускаемые Челябинским трубопрокатным заводом по ТУ 14-3-109 - 73 из нормализованных листов стали марки 14Г2САФ с основными характеристиками металла - у_в57кгс/мм² и у_т40 кгс/мм².

д = n*P*D_н/2*(R₁+n*P), где:

n-коэффициент перегрузки по рабочему давлению = 1,15;

R₁-расчётное сопротивление материала труб растяжению или сжатию;

Р-рабочее давление = 54 кгс/см²;

D_н-наружный диаметр трубопровода = 102 см.

R₁=R₁⁽ⁿ⁾*m/k₁k_н, где:

R₁⁽ⁿ⁾-нормативное сопротивление растяжению (сжатию);

m-коэффициент условий работы трубопровода = 0,75;

k₁- коэффициент безопасности по материалу = 1,47;

k_н- коэффициент надёжности, зависит от вида продукта, диаметра и давления = 1,05.

R₁=5700*0,75/1,47*1,05=2769,68 (кгс/см²)

д=1,15*54*102/2*(2769,68+1,15*54)=1,12 (см)

Полученное расчётное значение толщины стенки округляем до ближайшего большего по сортаменту, равно 1,25 см.

д = n*P*D_н/2*(1R1+n*P), где:

- коэффициент, учитывающий напряжённое состояние труб.

=(1-0,75(|у_{пр N}|/R₁)²)^1/2, где:

у_{пр N} -продольные осевые напряжения.

у_{пр N} = - б*E*t+0,25*n*P*D_вн/2*д, где:

б-коэффициен линейного расширения = 1,2*10^-5 1/град;

E-модуль упругости для стали = 2,1*10⁶ кгс/см²;

t-перепад температур = 20С.

у_{пр N}=-12*10^-6*2,1*10⁶*20+0,25*1,15*54*99,5/2*1,25=113,9 (кгс/см²)

Так как у_{пр N} 0, то следовательно ₁=1

д=1,15*54*102/2*(1*2769,68+1,15*54)=1,12 (см)

Полученное расчётное значение толщины стенки округляем до ближайшего большего по сортаменту, равно 1,25 см.

2)Проверка прочности подземного трубопровода.

Подземные и наземные трубопроводы по СНиП 11-45 - 75 проверяются по прочности на общую устойчивость в продольном направлении и против всплытия на обводнённых участках. Прочность проверяется по условию

у_{пр N2}R₁,

113,92769,68 (кгс/см²)

Условие у_{пр N2}R₁ выполняется, следовательно прочность при такой толщине стенки удовлетворяется.

3. Расчёт трубопровода на устойчивость

Рассчитаем устойчивость трубопровода, сооружаемого на болоте при балластировки трубопровода винтовыми анкерными устройствами, приняв следующие исходные данные:

D_н*д=1020*14 мм;

площадь поперечного сечения стенок труб F:

F=р/4(D_н²-D_в²)=0,75*(102²-99,5²)=395,44 (см²)

Осевой момент инерции поперечного сечения трубопровода W:

W=2*I/102=р/64*( D_н⁴-D_в⁴)=2*0,049*(102⁴-99,5⁴)/102=9827,15 (см³)

собственный вес трубы q_св:

q_св = n_св*г_ст*F=1.1*0.00785=341,46 (кгс/м)

расчётное сопротивление материала труб R₂:

R₂ = R₂⁽ⁿ⁾*m/k₂*k_н=40*0,75/1,15*1,05=24,84 (кгс/м)

расчётный вес продукта на воздухе, дополнительных обустройств в воде, а также облединения в воде при транспортировке продукта с отрицательной температурой q_доп:

q_доп=P*D_в²=54*0,995²=53,46 (кгс/м)

вес изоляционного покрытия q_из:

q_из=q_л+q_бр=8,7 кгс/м

толщина изоляционного покрытия

д_из=0,65 мм

диаметр трубы с изоляционным покрытием

D_из=D_н+2*д_из=1020+2*0,65=1021,3 (мм)

объёмный вес воды с учётом растворённых солей и взвешенных частиц грунта

г_в=1100 кгс/м³

примем число анкеров в одном анкерном устройстве Z_анк=2; коэффициент условий работы анкерного устройства m_анк=0,5; грунт 11 категории; коэффициент несущей способности грунта k_гр=1; диаметр лопасти D_л=600 мм; максимальная (критическая) нагрузка на один винтовой анкер N_анк=12000 кгс.

Расчётное усилие (допускаемая нагрузка) определяется по формуле:

Б_анк=Z_анк*k_гр*m_анкN_анк,

Б_анк=2*1*0,5*1200=1200 (кгс)

Расстояние между анкерами:

L_а=Б_анк/Б=1200/1*(1,05*0,8*1,0213²*1100-8,7-341,46-53,46)=12,14 (м)

Объём воды, вытесненной 1 м трубы с учётом изоляции:

V_в=р*(1,02+2*0,00065)²/4=0,819 (м³)

Положительная плавучесть:

Р_пл=1100*0,819-341,46-8,7=550,74 (кгс/м) = 5,507 (кгс/см)

Дополнительно определяем расстояние между анкерами из условия прочности:

L_а=(12*2484*9827,15/5,507)^1/2=7293,3 (см)=72,93 (м)

72,93 м12,14 м, т. е. условие обеспечения прочности трубопровода выполняется.

4. Способы балластировки магистральных трубопроводов

Балластировка и закрепление трубопроводов на проектных отметках может осуществляться одним из следующих способов: засыпкой трубопровода минеральным грунтом; обетонированием трубопровода; установкой на трубопровод одиночных железобетонных грузов различных конструкций; закрепление трубопровода анкерными устройствами; заполнение внутренней полости трубы водой, нефтью или нефтепродуктом (для нефтепроводов и нефтепродуктопроводов) и др.

Возможность применения метода балластировкиметода балластировки трубопроводов, прокладываемых в условияхобводнённой местности, зависит от следующих основных факторов: типа болота (его проходимости), мощности торфяной залежи, характеристики стояния грунтовых вод, метода прокладки трубопроводов, времени прведения работ.

В отечесвенной практике трубопроводного строительства в условиях обводнённой и заболоченной местности применяют балластировку трубопроводов одиночными утяжеляющими железобетонными грузами. При изготовлении утяжеляющих железобетонных грузов для приготовления бетонной смеси используют шлакопортландцемент марки 300 и гравий или щебень изверженных пород. Грузы, предназначенные для укладки в агрессивную среду, изготовляюс с добавлением сульфатостойкого шлакопортландцемента и перед установкой на трубопровод покрывают изоляцией.

Для предохранения изоляции трубопровода от повреждений на место установки груза приклеивают предохранительный коврик, состоящий из трёх слоёв бризола или рубероида с прослойками битума (рис.1).

Рис. 1. Схема установки седловидного груза на трубопровод

Трубопроводы больших диаметров обладают повышенной плавучестью, и поэтому балластировка их одиночными грузами требует значительного расхода железобетона. С увеличением диаметра труб затраты на балластировку седловидными железобетонными грузами трубопровода в условиях обводнённой или заболоченной местности резко возрастает.

Направлением совершенствования конструкции утяжеляющих железобетонных грузов является разработка утяжелителей с пониженным центром тяжести.

Разработанные ВНИИСТом поясные балластные грузы, принципиальная конструкция которых представляет собой два бетонных параллепипеда, соединённых между собой стальными поясами (рис. 2), имеют общий центр тяжести, расположенный ниже центра сечения трубопровода, что исключает возможность переворачивания грузов и гарантирует высокое качество пригрузки трубопровода.

Рис. 2. Поясной балластный груз

Масса каждого блока для балластировки трубопроводов больших диаметров 1020, 1220 и 1420 мм составляет 2 т.

При балластировке трубопроводов поясными балластными грузами требуется увеличение траншеи по дну, возможно также повреждение изоляции трубопровода в местах контакта с утяжелителями.

ВНИИСТом совместно с Главсибтрубопроводстроем разработан и внеедрён метод балластировки магистральных трубопроводов при помощи железобетонных шарнирных грузов (рис. 3).

1 - половина шарнирного груза; 2 - шарнир; 3 - трубопровод; 4 - предохранительный коврик ( три слоя бризола, проклеенных между собой битумом)

Рис.4. Шарнирный железобетонный груз

5. Закрепление трубопровода винтовыми анкерными устройствами

Закрепление трубопроводов анкерами выполняется тремя основными способами - завинчивание анкеров, забивкой и выстреливанием их из гарпунных пушек. Завинчивание анкеров осуществляется после укладки трубопровода на дно траншеи. Последовательность закрепления анкерами изображена ниже (рис. 4).

Рис. 4. Схема закрепления трубопровода анкервми.

На участке l₁ трубопровод l уже закреплён; на участке l₂ анкеры завинчиваются с помощю установки 3; на участке l_п ведутся подготовительные работы (раскладка анкеров 5, доставка на санях 6. Бригада имеет сварочный агрегат 2, для перехода через траншею устанавливают инвентарные переходные мостики 4. Анкеры распологаются по одной линии или крестообразно (соответственно две или четыре лопости). Трубопровод крепмтся к анкерам специальным силовым поясом, представляющим металлическую ленту шириной от 20 до 70 см. Под ленту подкладывается мягкий материал для более равномерного распределения давления на изоляционное покрытие. Несущая способность одиночного анкера складывается из сопротивления лопастей на выдёргивания из грунта Р_в, сил сцепления грунта с поверхностьюлопастей и стержня анкера Р_с, а также из сил, определяемых присосом Р_пр: Р=Р_в+Р_с+Р_пр. Все эти силы легко определяются по решениям механики грунтов. Как показали исследования, проведение в Главсибтрубопроводстрое, полная величина силы Р может достигать на один анкер 7,5*10^5 Н. Расстояние между анкерами по длине трубопровода определяется расчётом.

Основными преимуществами, способствующими широкому внедрению винтовых анкерных устройств в трубопроводное строительство, являются быстрота их доставки и установки; возможность заглубления анкера без нарушения структуры грунта; незначительная масса анкерного устройства по сравнению с развивающей удерживающей силой; небольшая стоимость анкерного устройства, отнесённая на одну тонну его удерживающей силы. Опыт работ по закреплению трубопроводов с помощю анкерных винтовых устройств показол, что их установка целесообразна не только при прокладке трубопроводов через обводнённые и заболоченные территории, но и на переходах через глубокие болота. Закрепление трубопроводов с помощю анкерных устройств принципиально отличается от других способов балластировки, так как в этом случае масса анкера во много раз меньше развиваемой им удерживающей силы.

Рис. 5. Схема закрепления трубопровода винтовым анкерным устройством

В трубопроводном строительстве распространены широколопастные винтовые анкеры (глубокого заложения) с винтовой лопастью в один оборот (или оборот с четвертью). Винтовая лопасть анкера расположена у сопряжения конуса с целиндром. Винтовые анкерные устройства (рис. 5) выполняют из двух или нескольких винтовых анкеров 1, соединительного хомута 3, футеровочного мата 5 и прокладки из нескольких слоёв бризола 4, накладываемой на трубопровод 2. собственно анкер состоит из сердечника, винтовой лопасти и стержня. Для свай (анкеров) с широкой винтовой лопастью приняты следующие соотношения параметров: Dл/d=46 - соотношение между диаметром лопасти Dл и диаметром ствола d; t=(0,250,3)Dл - шаг винта лопости; n=11.25 - число оборотов винта лопости; h=(58)Dл - глубина погружения лопости.

Принятые соотношения параметров соответствуют данным, рекомендуемой в отечественной литературе; шаг винта лопости установлен в результате проведённых натуральных наблюдений.

Направляющий конус сердечника винтовой части анкера должен быть легко погружаемым в грунт и высотой не менее его диаметра. При таком расположении лопасти уменьшается высота конуса, а следовательно, и объём вдавливаемого в грунт с меньшим сопротивлением. В этом случае для погружения анкера необходим минемальный крутящий момент.

Винтовая часть анкера представляет тело вращения, способное погружаться в грунт под действием крутящего момента, передоваемого на лопость анкера. Нормальный ряд диаметров анкеров по винтовой лопасти, применяемых для закрепления трубопроводов, составляет 100, 150, 200, 250, 300, 400 и 500 мм.

Винтовые анкерные устройства устанавливают при прокладке трубопроводов через обводнённые и заболоченные территории в тех случаях, когда дно траншеи представлено устойчивыми минеральными грунтами 1-3 групп по сложности разработки согласно СНиП: гравелистыми (крупными, средней крупности); песками (лёгкими, плотными и средней плотности, влажными, маловлажными, водонасыщенными); супесями (твёрдыми и пластичными); глинами и суглинкками (твёрдыми, полутвёрдыми, тугопластичными, мягкопластичными), включая все перечисленные грунты с примесью органических веществ.

Необходимо отметитоь значительные преимущества сварных анкеров перед литыми: отсутствие скрытых дефектов, большая надёжность сварных анкеров, меньшая потребность в технологическом оборудовании, рабочей силе и производственных площадках при изготовлении, простота процесса изготовления, малая себестоимость, меньшая масса изделия, ниже крутящий момент для завинчивания. В процессе испытаний не отмечены случаи разрушения сварных анкеров. Анкеры извлекали из грунта без повреждений при усилии 10 - 12 т. применение на строящихся трубопроводах литых анкеров повышенной несущей способности с диаметром лопасти 400 - 500 мм будет затруднено из-за их большой массы, необходимости создания машин для завинчивания, развинчивающих крутящий момент на 15-20% больше, чем для завинчивания сварных анкеров аналогичных размеров. Анализ изложенного позволяет сделать вывод о необходимости широкого использования в трубопроводном строительстве сварных стальных анкеров, защищённых от коррозии различными способами.

6. Несущая способность анкерных устройств

0дним из наиболее важных вопросов, возникающих в процессе закрепления трубопроводов на дне обводнённых траншей, является определение несущей способности анкерного устройства (рис. 6).при закреплении трубопроводов винтовыми анкерными устройствами в заполненной водой траншее на его устойчивость одновременно влияет как несущая способность винтовых анкеров, так и характер грунта засыпки.

Рис. 6. Зависимость расстояния l между анкерными устройствами от выдёргивающих усилий Р(с_в= 1 т/м³)

Крутящий момент, необходимый для погружения винтового анкера в грунт, можно приближённо определять по формуле

М_кр=б t D_л К₁,

где б - коэффициент, равный 1 при глубине завинчивания анкеров до 3 м и 1,1 при глубине завинчивания анкеров свыше 3 м; t - шаг винта лопости анкера; D_л - диаметр винтовой лопости; К₁ - коэффициент, учитывающийплотность грунта, проходимого лопастью.

Большой интерес представляют исследования по разработке способа определения удерживающей силы винтовых якорей в зависимости от крутящего момента, развиваемого при их установке. Установление такой зависимости позволяет не проводить дополнительных геологических изысканий в процессе проектирования трубопроводов и даёт возможность определять несущую способность анкера при различной глубине его завинчивания. Оснащение машин, используемых для заглубления анкера устройствами, позволяющими производить замеры крутящих моментов, возникающих при погружении анкеров в грунт, позволили значительно сократить и в дальнейшем полностью ликвидировать контрольные выдергивания их. Кроме того, при этом по крутящему моменту можно определить фактические выдёргивающие усилия анкеров, установленных на различной глубине.

Одной из основных величин, влияющих на несущую способность винтовых анкеров, является глубина погружения их лопастей в грунт. Обобщение результатов проведённых испытаний и литературных источников позволяет сделать следующие выводы: с увеличением глубины погружения винтовых анкеров в однородные грунты несущая способность их возрастает; до глубины, равной 3 - 3,5 диаметров лопости (анкеров с D_л=200300 мм), увеличение несущей способности происходит неинтенсивно; до глубины, равной 7 - 8 диаметрам лопости, несущая способность анкеров резко возрастает; при заглублении анкеров выше указанной глубины несущая способностьувеличивается, но интенсивность её снижается.

Таким образом, оптимальная глубина погружения для винтовых анкеров с диаметром лопостей от 100 до 500 мм может быть принятаравной 5 - 8 диаметрам лопасти в зависимости от характера напластований грунта, технических характеристик механизма для завинчивания и других условий.минимальную глубину заложения лопастей анкеров в минеральный грунт определяют в каждом случае проектом. Во всех случаях она не должна быть менее пяти диаметров лопасти в глинистых грунтах и шести диаметров лопасти в песчанных.

7. Размещение анкерных устройств вдоль трубопровода

При определении расстояний (пролётов) между винтовыми анкерными устройствами ограничивающими параметрами являются допустимые напряжения в трубах, допускаемый прогиб трубопровода в пролёте между анкерными устройствами, н6сущая способность анкернкерного устройства.

При определении расстояний между анкерными устройствами при закреплении трубопроводов диаметром529 мм и более основным критерием для назначения пролёта является несущая способность анкера (рис. 7). Допускаемый прогиб во всех случаях не должен превышать 12 - 15 см.

Рис. 7. зависимость расстояния между анкерными устройствами от плотности воды (допускаемое выдёргивающее усилие на анкерное устройство - 1000 кгс)

В процессе строительства трубопровода несущую способность анкеров уточняют по данным опытных выдёргиваний или в зависимости от крутящего момента, развиваемого в процессе завинчивания их в грунт.

8. Организация и технология производства работ по закреплению трубопровода анкерными устройствами

Организация и технология выполнения работ по анкерному закреплению трубопроводов осуществляются в соответствии с требованиями «Указаний по технологии и организации работ при закреплении магистральных трубопроводов винтовыми анкерными устройствами», разработанных ВНИИСТом. В зависимости от условий и методов прокладки трубопроводов, работы по их закреплению винтовыми анкерными устройствами могут выполняться по трём схемам: закрепление трубопроводов, уложенных в сухие траншеи в условиях периодически обводнённых и заболоченных территорий; закрепление трубопроводов, уложенные в заполненные водой траншеи, в условиях обводнённой и заболоченной местности, а также на переходах через болота; закрепление наземных трубопроводов, прокладываемых в условиях обводнённой и заболоченной местности, а также на переходах через болота.

Закрепление трубопровода винтовыми анкерными устройсивами выполняют специализированные бригады, входящие в состав механизированной изоляционно-укладочной колонны.

Данная бригада выполняет следующие работы: завинчивание анкеров в грунт и обслуживание установки ВАГ - 201, сварку хомута со стержнями анкеров и обслуживание сварочного агрегата АСБ - 1 или СДАУ, монтажные и изолировачные работы, обслуживание битумоплавильного котла ПСТ - 8.

Опыт работ по закреплению трубопроводов винтовыми анкерными устройствами показал, что наиболее целесообразно применять поточно-расчленённый метод ведения работ. При этом комплексная бригада должна быть представлена тремя специализированными звеньями: по проведению подготовительных работ, включая парооттаивание грунта или его механическое рыхление (в зимнее время); по завинчиванию анкеров в грунт; по закреплению трубопровода, включая подразделение по осушению траншей. Разбивка бригады на звенья позволяет завинчивать анкера в зимнее время сразу же за разработкой траншеи, не останавливая прочих работ по анкерному закреплению трубопроводов.

Процесс закрепления трубопроводов на дно обводнённых траншей состоит из четырёх этапов: подготовительного, включающего доставку анкеров на трассу, изоляцию стержней, подготовку футеровочных матов и хомутов, выполнение контрольных выдёргиваний; завинчивание анкеров в грунт; погружение трубопровода на проектные отметки; непосредственного закрепления трубопровода, включающего укладку на него нескольких слоёв бризола, установку футеровочных матов и соединение хомута со стержнями анкеров.

При закреплении трубопровода, проложенного в условиях обводнённой и болотистой местности ( в случаях погружения его на проектные отметки путём водоотлива из траншеи или с помощю инвентарных утяжеляющих грузов), неизбежно появляются работы пятого этапа - засыпка траншей грунтом по окончании анкеровки трубопровода.

После централизованного изготовления на заводах или в механических мастерских винтовых частей анкеров и доставки их в район производства работ ( на перевалочную базу) организуют приварку этих частей к ранее заготовленным стержням, покрытыи битумно-резиновой или плёночной (поливинилхлоридной) изиляцией.

Места соединения стержней анкера с винтовой частью изолируют битумно-резиновой изоляцией, а затем вместе с хомутами, бризолом и футеровочеыми матами транспортируют к месту установки. Футеровочные маты изготовляют из деревянных реек, толщина которых не должна превышать 30-40мм. Длина мата в зависимости от диаметра трубопроводов и принятых расстояний между винтовыми анкерными устройствами составляет от 70 до 250 см. На трубопроводах диаметром до 529 мм футеровочные маты можно не устанавливать, так как давление на изоляционное покрытие от хомута не будет превышать допускаемого значения. На трубопроводных магистралях больших диаметров футеровочные маты не устанавливают в тех случаях, когда ширина хомута обеспечивает сохранность изоляционного покрытия трубопровода (ширину и толщину хомута определяют расчётом).

Хомуты также необходимо изготовлять в механических мастерских из полосовой стали шириной не менее 60-100 мм в зависимости от действующих на них нагрузок. Толщина хомута во всех случаях должна быть не менее 4 мм. От действия коррозии его нужно защищать битумно-резиновой или плёночной изоляцией.

После выполнения указанных работ и подготовки машин, механизмов и приспособлений для завинчивания анкеров в грунт в наиболее характерных точках перехода (согласно данным проекта) необходимо провести контрольные выдёргивания. На каждом участке перехода, намеченном для испытания, должно завинчиваться не менее трёх контрольных анкеров на глубину, равную 6,8,10 диаметрам лопасти анкера.

Для осуществления контрольных выдёргиваний кран трубоукладчик устанавливают у места проведения работ на расстоянии не менее 1,5 м от бровки траншеи. Затем на грузовой крюк последовательно навешиваюд динамометр и захватное приспособление. В процессе выдёргивания неоходимо обеспечить плавный ( без рывков) характер возростания нагрузки на анкер. Предельное усилие определяют по максимальному показанию динамометра. После извлечения анкера из грунта его осматривают с целью установления целостности элементов конструкции. По данным, полученным в результате опытных выдёргиваний анкеров, уточняют глубину заложения их в грунт, а также заданные проектом расстояния между ними. После этого места установки винтовых анкерных устройств фиксируют, и комплекты раскладывают вдоль трубопровода.

В зависимости от диаметра лопасти анкера и развиваемого в процессе завинчивания крутящего момента машины и механизмы для заглубления винтовых анкеров могут быть условно разбиты на три группы: 1 - лёгкие механизмы или приспособления, развивающие крутящий момент до 250 кгс м и позволяющие заглублять анкеры с диаметром лопасти до 250 мм включительно; 2 - машины и механизмы, развивающие крутящий момент до 1000 кгс м и позволяющие заглублять анкеры с диаметром лопасти до 300 мм включительно; 3 - машины, развивающие крутящий момент до 3000 кгс м, позволяющие заглублять анкеры с диаметром лопасти до 500 мм включительно.

К первой группе можно отнести механизмы ВАГ-11, ПЗА-1, ПЗА-11. анкерный вращатель предназначен для завинчивания анкеров диаметром до 150 мм в грунт для закрепления ими от всплытия трубопровода, уложенного в обводнённых траншеях.

Пневматические заглубители анкеров ПЗА-1 и ПЗА-11 позволяют завинчивать анкеры с диаметром лопасти 100-250 мм и представляют собой конструкции, состоящие из рамы, пневматических вращателей и инвентарной штанги.

Механизмы 1 группы могут быть использованы для закрепления винтовыми анкерными устройствами трубопроводов диаметром до 529 мм. Чаще применяют механизмы 11 группы, позволяющие завинчивать винтовые анкеры с диаметром лопасти до 300 мм и с развиваемым крутящим мрментом до 1000 кгс м. К ним следует отнести машину ВАГ-101, представляющую собой нависной гидравлический анкерный вращатель, устанавливаемый в зависимости от условий работы на обычный или болотный трактор (рис 8).

К машинам 111 группы следует отнести разработанные СКБ «Газстроймашина» механизмы ВАГ-201, ВАГ-202, ВАГ-203, способные завинчивать анкеры с диаметром лопасти до 500 мм и развивать крутящий момент до 2000 кгс м.

Были проведены экспериментальные исследования по завинчиванию анкеров на болотах с большой толщей торфянников. Исследования осуществляли по двум схемам, что определялось конструкцией анкеров и соответственно приспособлениями для их завинчивания, которые выполняли в виде навесного оборудования к установке ВАГ-101.

1.Анкер представляет собой штангу (диаметр 100 мм, длина 3 м) с приваренной к ней винтовой лопастью. Анкер завинчивают на заданную глубину при помощи наращиваемой штанги, которая после завинчиванияанкера остаётся в грунте. Соединение штанг - резьбовое (рис 9).

11. Конструкция винтового анкера не отличается от обычной. Изменена только штанга, которая для обеспечения возможности наращивания стержня анкера до необходимой длины выполнена разрезной.

Исследования показали, что закрепление ирубопроводов анкерными устройствами можно выполнять на болотах с мощностью торфяной залежи до 4-5 м. Завинчивать анкеры следует на глубину, равную 8 диаметрам лопасти анкера, независимо от характеристик подстилающих грунтов (завинчивать анкеры вторф не допускается).

Рис. 9. Схема винтового анкера с разрезной штангоц

1 - винтовая лопасть анкера;

2 - инвентарная составная штанга;

3 - стержень анкера;

4 - узел соединения инвентарных штанг;

5 - место сварки стержней;

6 - нижний узел вращения машины ВАГ - 101.

Рис. 9. Схема завинчивания анкера на переходах трубопроводов через глубокие болот:

9. Контроль качества производства работ

Увеличение диаметров и протяжённости строящихся трубопроводов, увеличение темпов строительства требуют тщательного контроля качества строительства на всех его этапах.

Потеря устойчивости (всплытие) трубопровода, проложенного в свободной местности или на переходе через болота, может привести к резкому повышению напряжений в трубопроводе, к нарушению прочности труб и повреждениям изоляционного покрытия, требует значительных затрат на проведение ремонтных работ и погружение трубопровода в проектное положение. Во многих случаях это связано с укладкой трубопровода в новую траншею.

Качество выполнения работ по балластировке и закреплению трубопровода находится в прямой зависимости от правильной разработки траншеи и укладки в неё трубопровода. Практика показывает, что основные причины некачествкнной установки утяжеляющих железобетонных грузов заключается в недостаточных габаритах траншеи. Кроме того, на отдельных участках при проектной ширине траншеи трубопровод при опускании смещается к бровке, что также не обеспечивает возможности его дальнейшей балластировки.

Организация операционного контроля и установление надзора за его осуществлением на строительстве возлагается на начальников строительно-монтажных подразделений, а ответственность за полноту и своевременность выполнения пооперационного контроля исполнителями работ - на линейный инженерно- технический персонал.

Исполнителями работ (рабочими и бригадирами) перед балластировкой и закреплением трубопроводов должны быть изучены положения по технологии пооперационного контроля, а также карты и схемы операционного контроля качества, методы самоконтроля.

По мере поступления анкерных устройств и железобетонных грузов на трассу трубопровода производители работ и мастера проверяют соответствие данных поспортов и сертификатов требованиям ГОСТ, ТУ и проекта. Все выявленные в ходе контроля дефекты, отклонения от СНиП, ГОСТ и ТУ должны быть исправлены до начала последующих работ.

Линейные инженерно-технические работники (производители работ и мастера) обязаны выполнять все положения по контролю качества, предусмотренные Технологической картой пооперационного контроля качества изоляционно-укладочных работ при строительстве линейной части могистральных трубопроводов, вести учёт производственного брака и дефектов, выявленных в процессе указанного контроля, и фиксировать их в журнале работ по строительству объекта.

При закреплении трубопровода винтовыми анкерными устройствами контролируют:

расстояние между анкерными устройствами по проекту с уточнением расстояний в зависимости от результатов контрольных выдёргиваний и фактической характеристики минеральных грунтов;

заглубление анкера и качество соединения тяг анкеров с силовым поясом;

отклонение оси анкера от вертикали ( оно не должно превышать +/-15 гр.);

нарушение целостности изоляционного покрытия трубы и элементов анкера на трубопроводе;

наличие иправильность установки футеровачного мата и прокладок.

При этом используют такие виды контроля, как пооперационный, постоянный, сплошной, визуальный, инструментальный, выборочный и приёмочный.

Ежедневно после установки винтовых анкерных устройств на трубопроводы (в течение рабочей смены) производитель работ составляет паспорт по установленной форме, в котором регестрируют результаты контроля и предъявляют на подпись представителю территориальной инспекции по качеству строительства.

Список литературы

1.Бородавкин П.П., Березин В.Л. Сооружение магистральных трубопроводов. Москва. Издательство «НЕДРА» 1987

2.Бородавкин П.П., Таран В.Д. Трубопроводы в сложных условиях. Москва. Издательство «НЕДРА» 1968

3.Васильев Н.П. Балластировка и закрепление трубопроводов. Москва. Издательство «НЕДРА» 1984

4.Дерцакян А.К., Васильев Н.П. Строительство трубопроводов на болотах и многолетнемёрзлых грунтах. Москва, Издательство «НЕДРА» 1978

5.Чирсков В.Г., Березин В.Л. и др. Строительство магистральных трубопроводов. Справочник. Москва. Издательство «НЕДРА» 1991

Размещено на Allbest.ru

...