Задача №8 Балластировка подводных переходов

Если трубопровод имеет положительную плавучесть, то он должен быть закреплен против всплытия. Трубопроводы закрепляют утяжеляющими грузами (чугунными или железобетонными), сплошным обетонированием или анкерными устройствами.

Рассмотрим случай, когда трубопровод прямолинейный и течение воды отсутствует. Проверку такого трубопровода против всплытия следует производить из условия:

(8.1)

где - вес балласта под водой;

- коэффициент безопасности по материалу, зависящий от вида балластировки и определяемый по табл. 8.1;

-коэффициент надежности при расчете устойчивости положения трубопровода против всплытия (коэффициент устойчивости на всплытие), который принимается по табл. 8.2.

Таблица 8.1

Вид балластировки	Значение
Анкерные устройства	1,0
Железобетонные грузы	1,05
Сплошное обетонирование	1,1
Балластировка грунтом	1,2

Таблица 8.2

Тип водоемов	Значение
Для болот, водоемов при отсутствии течения воды, пойм рек и периодически заливаемых участков 1%-ной обеспеченности	1,05
Для водных преград с шириной зеркала воды до 200 м для трубопроводов диаметром 1000 мм	1,1
Для всех подводных переходов диаметром 1000 мм. При диаметре менее 1000 мм, но ширине зеркала более 200 м и горных рек с неустойчивым руслом	1,15

А – расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод с учетом изоляции и футеровки (Архимедова сила), которая определяется по формуле:

, (8.2)

где - наружный диаметр трубы с учетом изоляции и футеровки;

- объемный вес воды. Для болот объемный вес берется с учетом взвешенных в ней частиц грунта =1100-1150 кгс/м³;

Q – вес единицы длины трубы с учетом изоляции, футеровки и перекачиваемого продукта (на воздухе):

; (8.3)

Составляющие формулы (8.3) определяются по формулам:

; (8.4)

; (8.5)

Здесь , толщина слоя футеровки 25 мм.

. (8.6)

Если значение Б окажется отрицательным, значит балластировка не нужна.

Вес балласта на воздухе, обеспечивающий необходимый вес балласта в воде, можно рассчитать по формуле:

, (8.7)

где объемный вес балласта на воздухе.

При сплошном обетонировании необходимо определить толщину бетонного покрытия:

. (8.8)

где - диаметр заизолированного трубопровода;

- объемный вес бетона, .

При балластировке отдельными грузами определяют общее количество грузов (N) и расстояние между ними ( ): и , (8.9)

где Р_гр – вес отдельного груза;

- длина балластируемого участка.

При балластировке металлическими винтовыми анкерными устройствами расчетное усилие (допускаемая нагрузка) Б_а определяется по формуле:

, (8.10)

где Z_a – число анкеров в одном анкерном устройстве;

k_гр – коэффициент несущей способности грунта, в котором находятся лопасти анкеров; (табл. 8.3.);

- коэффициент условий работы анкерного устройства, принимается равным 0,5 при Z_a 2 и 0,4 при Z_a>2;

N_a – максимальная (критическая) нагрузка на один винтовой анкер, завинченный в грунт I группы на глубину не менее шести диаметров лопасти (табл.8.4 ).

Таблица 8.3. Значения коэффициента k_гр

Группа грунта	Грунты	kгр
I	Мягкопластичные глины и суглинки, пластичные супеси	1
П	Пески мелкие, плотные и средней плотности, маловлажные, влажные и водонасыщенные; полутвердые тугопластичные глины и суглинки	2
Ш	Пески гравелистые, крупные и средней зернистости, маловлажные, влажные и водонасыщенные; твердые супеси, глины и суглинки	3

Таблица 8.4

Da, мм	100	150	200	250	300	400	500	600
Na, н	6500	7500	12500	21000	30000	53000	83000	120000

Расстояние между анкерами: . (8.11)

Дополнительно определяется расстояние между анкерами из условия прочности:

, (8.12)

где - расчетное сопротивление трубной стали;

- осевой момент сопротивления поперечного сечения трубы;

- положительная плавучесть:

, (8.13)

где - объем воды, вытесненный 1 м трубы с учетом изоляции.

Исходные данные задачи приведены в табл. 8.5.

Таблица 8.5

Показатели и № варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Дн, мм	529	630	720	1020	1220	1420	1220	1020	820	720
, мм	5,5	7,2	9,5	12,0	16,5	18,0	15,0	12,0	11,0	10,0
из, мм	4	5	6	1	1	1	1	1	4	4
ф, мм	25	30	25	30	25	30	25	30	25	30
Б, кГс/м3	2100	2000	2200	2100	2000	2200	2100	2000	2200	2000
Вид продукта и , кГс/м3	Нефть 720	Нефть 710	Нефть 715	Нефть 720	Газ	Газ	Газ	Газ	Нефть 720	Нефть 730
, кГс/м3	1150	1170	1140	1150	1200	1170	1150	1120	1140	1150
, кГс/м3	800	810	820	830	840	850	840	830	820	800
, кГс/м3	1100	1050	1060	1070	1080	1090	1100	1110	1120	1130
L, м	120	200	250	150	180	200	120	100	80	90
РГР, кГс	1200	1200	1200	1200	1200	1200	1200	1200	1200	1200

Примечание: Расчет несущей способности заглубленного анкера приведен в задаче №12.