2.2. Использование нетрадиционных материалов при балластировке трубопроводов

СНиП 2.05.06-85*^} оговаривает минимально допустимую глубину укладки магистральных трубопроводов:

• при условном диаметре менее 1000 мм 0,8 м;

• на болотах и торфяных грунтах, подлежащих осушению 1,1 м;

• в скальных грунтах, болотистой местности при отсутствии

проезда автотранспорта и сельскохозяйственных машин 0,6 м;

• на пахотных и орошаемых землях 1,0 м.

Фактическая же глубина укладки определяется исходя из условий проч­ ности, устойчивости трубопровода и, по возможности, минимизации объемов земляных работ. Установление высотного положения трубопровода (профили­ рование) осуществляется в проектных организациях на стадии изготовления рабочих чертежей. ........

16

17

Магистральные трубопроводы малых и даже средних диаметров обла­дают относительно высокой гибкостью и позволяют вести их укладку на не­которой постоянной глубине соответственно профилю трассы. Пригодность профиля трассы для укладки трубопровода на постоянной глубине проверяют, сопоставляя кривизну профиля трассы и допускаемую кривизну трубопровода, определяемую требованиями обеспечения прочности труб при изгибе, а при определенных условиях и требованиями устойчивости. Если фактический ра­диус кривизны на каком-либо участке окажется меньше минимально допус­тимого, то на нем назначаются траншея большей глубины или монтаж гнутой вставки заводского изготовления.

Установленные таким образом отметки трубопровода называются проект­ными.

В процессе эксплуатации трубопроводов их проектное положение может быть нарушено. Это явление может иметь место на оползневых участках, пе­реходах через водные преграды, периодически обводняющихся участках трас-

*| Способ закрепления трубопроводов на проектных отметках путем их до­полнительной пригрузки называется балластировкой.

Она осуществляется в местах пересечения водных преград, на периоди­чески обводняемых участках их трассы, для изгиба трубопроводов по задан­ной кривой дна траншеи, а также для предотвращения подвема трубопровода на криволинейных участках в вертикальной плоскости под воздействием внут­реннего давления и температурного перепада.

К обводняемым относятся участки, но которых происходит постоянное или временное превышение уровня грунтовых вод над уровнем дна траншеи и связанное с этим воздействие на трубопровод выталкивающий силы воды.

Обводнение участков трубопроводов происходит не только во время ве­сеннего половодья. При строительстве и эксплуатации оно может происходить за счет притока дождевых и талых вод через боковые стенки и дно в открытую траншею, бокового притока поверхностных и грунтовых вод из-за перераспреде­ления стоков, вызванного отрывкой траншеи, оттаивания грунта вокруг трубоп­ровода при транспортировке нефти и газа, имеющих положительную температу­ру. Таким образом, опасность всплытия трубопроводов достаточно реальна.

Необходимость в балластировке трубопроводов возникает также в тех случаях, когда из-за высокой жесткости нитка сваренных труб не ложится на дно траншеи и таким образом отклоняется от проектной глубины заложе­ния.

Наконец, с помощью балластировки решают важную задачу предотвра­щения подъема на поверхность земли криволинейных участков трубопровода. В этом случае небольшой поперечный изгиб уже имеется. Поэтому под дейст­вием внутреннего давления или разности температур эксплуатации и замы-

18

кания стыка при строительстве, приводящей к возникновению значительной по величине продольной сжимающей силы, может произойти дальнейший из­гиб трубопровода вплоть до его появления на поверхности земли.

Для закрепления трубопроводов на проектных отметках используют желе­зобетонные пригрузы, анкерные устройства, грунт засыпки.

Использование железобетонных пригрузов — наиболее распространен­ный метод закрепления положения трубопровода на проектных отметках. Конструкции чаще всего применяемых железобетонных пригрузов приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4—Конструкции железобетонных пригрузов

Схема			Марка	Разработчик
			Седловидный	ВНИПИтрансгаз
			Шарнирный	Главсибтрубопроводстрой, ВНИИСТ
-		—
			СУГ	Трест «Ленгазпроводстрой»
			УБО	ВНИИСТ

Самый распространенный тип железобетонных пригрузов—седловид­ный. Он прост в изготовлении и удобен для монтажа. Его главным недостатком является то, что центр тяжести конструкции расположен выше оси трубопрово-

19

да. Это приводит к тому, что нередко пригруз опрокидывается с трубы. Кроме того, возможна поломка пригруза в вершине седла вследствие малого сопро­тивления бетона изгибу.

Указанные недостатки частично устранены в конструкциях шарнирного пригруза и пригруза типа СУГ, однако устойчивость их недостаточна.

Привлекательна своей устойчивостью конструкция пригруза УБО, т. к. ее центр тяжести размещается ниже оси трубопровода.

Однако использование железобетонных пригрузов связано с большим расходом железобетона, а поэтому требует значительных финансовых затрат. Кроме того, весьма велики транспортные расходы на доставку пригрузов на трассу трубопроводов.

Использование анкерных устройств — один из наиболее экономичных способов закрепления трубопроводов на проектных отметках.

Достоинствами анкеров являются: быстрота доставки и установки; возмож­ность заглубления анкера без нарушения структуры грунта; малый вес по срав­нению с развиваемой удерживающей силой; относительно небольшая стоимость.

Особенно актуально применение анкеров в заболоченной местности, где минеральный (прочный) грунт находится под мощной подушкой торфа. Для по­добных условий Гипротюменнефтегаз, например, предложил способ установ­ки анкеров выстреливанием из гарпунно-китобойной пушки, установленной на тракторе или автомобиле. Анкер, выстреленный такой пушкой, пронизывает мягкий торф и вонзается в прочный минеральный грунт, где фиксируется ка­ким-либо способом (например, раскрывается). Затем тяги анкеров после подтя­гивания приваривают к силовому поясу, под который предварительно уложена прокладка из бризола и футеровочного мата.

Очевидно, что массовое применение анкеров требует значительных ме-таллозатрат и стоит очень дорого. Поэтому их следует использовать в особо ответственных случаях.

*""""" Во всех условиях, кроме пересечения водных преград, экономичес­ки целесообразно применять балластировку и закрепление трубопроводов на проектных отметках с использованием грунта обратной засыпки, т. е. грунта, извлекаемого при рытье траншеи, что обеспечивает значительную экономию капиталовложений и уменьшение транспортных расходов.

Методы балластировки с использованием грунта обратной засыпки делят­ся на три группы:

1. применение полимерно-контейнерных балластировочных устройств (ПКБУ);

2. использование нетканых синтетических материалов (НСМ);

3) использование закрепленного грунта.

Полимерно-контейнерные балластировочмые устройства (рис. 2.2) раз­работаны Оргнефтегазстроем. Они представляют собой конструкцию из двух

20

мягких контейнеров (емкостей из тканей), связанных нижним и верхним силовыми поясами и разделенных жесткой распорной рамкой. Емкости из мягкой ткани заполня­ются грунтом засыпки. В результате этого, чтобы всплыть, трубопроводу необходимо преодолеть вес грунта, расположенного не только непосредственно над трубой, но и в мягких контейнерах, а также над ними.

Для изготовления контейнеров ис­пользуется нитепрошивное полотно «Поникон».

Устройства применяются для баллас­тировки трубопроводов, прокладываемых на обводненных, заболоченных и периоди­чески обводняемых участках строительс­тва. В качестве заполнителя используются минеральные грунты возможно большей плотности.

Другим способом увеличения удер­живающей способности грунта являет­ся применение нетканых синтетических материалов. НСМ размещают способом, указанном на рис. 2.3. Один край НСМ крепится к бровке траншеи металличес­кими штырями диаметром 12... 15 мм, а другим накрывают балластировочный материал. В зависимости от вида и состоя­ния грунта трубопровод балластируют сплошь по всей длине или перемычками (длиной 25...30 мм, с шагом 20..30 м).

Нетканые синтетические материалы получают из полиамидных нитей или по­липропилена. Они стойки против гниения, несгораемы, долговечны. Полотна необ­ходимой длины нарезаются непосредс­твенно на месте балластировки из рулонов НСМ (так, на балластировку одного метра трубопровода диаметром 1420 мм расхо­дуется около 15 м² НСМ).

Рис. 2.2. Балластировка трубопровода с применением полимерно-балластиро-вочного устройства: 1—трубопровод; 2—ПБУ

Рис. 2.3. Применение нетканых синтети­ческих материалов при балластировке трубопроводов: а — этап засыпки НСМ грунтом; б — окончательный вид конс­трукции; 1—трубопровод; 2— нетканый синтетический материал; 3—штырь; 4— рекультивационный слой

21

Применение НСМ позволяет использовать для пригрузки дополнительный объем грунта, размещенный между трубой и стенкой траншеи. НСМ свободно пропускает воду в обе стороны от трубопровода и вдоль траншеи, но предотвра­щает вынос грунта, так как не пропускает частицы размером более 0,5 мм.

Способы балластировки с применением закрепленных грунтов можно разделить на 2 группы:

1. способы, при которых сопротивление перемещению трубопровода под действием выталкивающей силы водой создается удерживающей способ­ ностью самого грунта, обработанного вяжущим;

2. комбинированные способы балластировки, при которых закрепленный грунт используют совместно с другими конструкциями.

В первом случае закрепленный грунт укладывается либо в виде сплош­ной полосы над трубопроводом (рис. 2.4а), либо в виде перемычек, полностью заполняющих профиль траншеи (рис. 2.46).

У 1

а

Рис. 2.5. Комбинированная балластировка с применением закрепленных грунтов: а—в соче­тании с грузами типа УБО; б—в сочетании с железобетонными плитами; в—совместно с анкер­ными устройствами; г—совместно с нетканым синтетическим материалом; д—в виде ряда цилин­дрических оболочек из НСМ, укладываемых поперек оси трубопровода; е—совместно с сеткой на основе текстильного стекловолокна; 1 —трубопровод; 2—груз типа УБО; 3—закрепленный грунт; 4—рекультивационный слой; 5—железобетонная плита; 6—засыпка из природного грун­та; 7 — силовой пояс; 8—винтовой анкер; 9—оболочка из НСМ, заполненная обычным грунтом; 10—контейнерное балластировочное устройство; 11 —сетка СПАЛ