Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte

двухпластные модификации анкеров АР-401-2А, АР-401-2Л-У, АР-401-2Л-УМ и четырехлопастные модификации с лопастями в одном уровне АР-403-Л, АР- 403-АМ, АР-403, АР-403-А и в двух уровнях АР-401, АР-404. Общий вид одного из анкеров АР-401 показан на рис. 4.23.

Рис.4.23. Конструкция раскрывающегося анкера АР-401;

1 – анкер; 2 – силовой пояс; 3 – мат (прокладка) для защиты изоляции; 4 – труба

Несущая способность раскрывающегося анкера и его предельное сопротивление определяются по формулам (4.110) и (4.111), при этом в качестве Fa принимается суммарная площадь проекций лопастей на горизонтальную плоскость. Значения Fa для различных модификаций анкеров приведены в табл.4.11.

Результаты экспериментального определения Рпр представлены в табл. 4.12. Минеральные грунты разбиты на группы по следующему признаку:

группа I – мягкопластичные глины и суглинки, пластичные супеси; группа II – пески мелкие, плотные и средней плотности, маловлажные,

влажные и водонасыщенные, полутвердые тугопластичные глины и суглинки; группа III – пески гравелистые, крупные и средней зернистости, маловлажные, влажные и водонасыщенные, твердые супеси, глины и суглинки. Трубопроводы диаметром до 820 мм можно закреплять выстреливаемыми

анкерами АВ [56] (см.табл. 4.12).

379

Таблица 4.12

Технические параметры анкеров АВ

Рис.4.24. Способ балластировки трубопровода анкер-инъекторами:

1 – инъектируемый вяжущий продукт ‘‘корень анкера’’; 2 – трубопровод; 3 – силовой пояс; 4 – защитный коврик и футеровочный мат; 5 – штуцер для подачи вяжущего; 6 –

корпус сменного оголовка; 7 – штуцер для подачи вяжущего; 8 – траншея трубопровода; 9 – тяга анкера; 10 – минеральный грунт

380

Для закрепления трубопровода на проектных отметках могут также использоваться анкер-инъекторы (рис. 4.24).

Внедрение анкер-инъекторов производят на расчетную глубину 4-8 м в зависимости от свойств грунта. После внедрения осуществляют инъектирование вяжущего продукта в грунт через тяги анкера, перфорированные в нижней части. Вяжущий продукт закачивают через сменный разъемный оголовок (Пат. № 2184299 Россия. Способ закрепления трубопровода; РД 39 Р – 00147105 – 028 – 02. Инструкция по балластировке трубопровода с применением анкер-инъекторов).

В качестве закрепляющего вяжущего вещества могут быть использованы нефтяные битумы и мастики, цементные растворы, силикаты натрия, различные смолы и другие жидкие водонерастворимые быстротвердеющие вещества.

Закачиваемое через тягу анкера закрепляющее вяжущее вещество постепенно затвердевает и образует «корень» анкера, длина и диаметр которого определяют несущую способность анкерного устройства. Для повышения удерживающей способности винтовых анкерных устройств также можно закачивать закрепляющее вяжущее вещество через тягу анкера, представляющего собой перфорированную трубу диаметром 57-76 мм. При этом происходит восстановление структуры грунта, разрушенной винтовым наконечником анкерного устройства. После затвердевания вяжущего вещества водоустойчивость и удерживающая способность грунта значительно увеличиваются.

4.2.2. Фильтрационный расчет при строительстве трубопровода на болотах и заболоченных землях

Цель расчета: определить количество воды, поступающей в траншею в единицу времени и подобрать соответствующие водоотливные средства.

Рис.4.25. Схема фильтрационного расчета

На рис. 4.25 показана расчетная схема, представляющая собой поперечное сечение траншеи и прилегающих к ней участков. Депрессионная поверхность представлена депрессионной кривой. Вследствие малой скорости вода движется ламинарным потоком. Течение будем считать:

381

•установившимся, т.е. таким, при котором в каждой данной точке скорость движения с течением времени не меняется;

•неравномерным, т.е. таким, при котором площадь сечения потока изменяется по длине депрессионной кривой L.

Приток воды через одну из боковых стенок в траншею единичной длины qст определяется по формуле:

где kф – коэффициент фильтрации, определяемый на специальных лабораторных установках, непосредственно на месте способом пробных откачек или ориентировочно по табл. 4.13 [56]; Н – расстояние от дна траншеи до уровня грунтовых вод; h – величина, характеризующая уровень воды в траншее; L – длина депрессионной кривой.

Величина h отыскивается из условия устойчивого положения порожнего заглушенного трубопровода на дне обводненной траншеи без всплытия:

382

где qтр – вес единицы длины трубопровода qтр = qм + qиз; qв – выталкивающая сила воды.

Расчетная схема для определения qв представлена на рис. 4.26.

Заштрихованный сегмент соответствует погруженной в воду части трубопровода.

Тогда

2

Задаваясь рядом значений α (в интервале 100° – 200°) рассчитываем соответствующие величины qв и строим график зависимости qв = (α) (рис. 4.27). Для определения h в формуле (4.120) используем зависимость:

383

Точка пересечения графика с линией, представляющей qтр , показывает искомый угол αо, при котором выполняется условие (4.116). Еще раз, используя зависимость (4.122), находим соответствующее устойчивому положению трубопровода значение h.

4.2.3. Определение параметров взрывных работ при устройстве траншей и каналов на болотах

Разработку траншей на болотах с помощью энергии взрыва рекомендуется применять с использованием водоустойчивых взрывчатых веществ, предложенными ВНИИСТом методами горизонтальных удлиненных шнуровых зарядов, сосредоточенных зарядов и вертикальных скважинных зарядов.

Метод горизонтальных удлиненных зарядов применяется при разработке траншей глубиной до 3-3,5 м и шириной поверху до 10-15 м на открытых и слабозалесенных болотах. При этом вначале образуют зарядную траншею необходимой глубины, куда затем укладывают основной заряд, в результате взрыва которого образуется траншея расчетного профиля.

Прострелочные заряды для формирования зарядной траншеи втапливают на 0,2-0,3 м в поверхностный слой обводненного мохового покрова или торфа. Расчетная глубина зарядной траншеи h3 должна составлять 0,3-0,5 проектной глубины траншеи под трубопровод hТ.

Диаметр поверхностных или малозаглубленных удлиненных горизонтальных прострелочных зарядов dn рассчитывают по формуле:

где Rсж – радиус видимого сжатия грунта взрывом, равный расстоянию от центра заряда до дна выемки, образуемой взрывом:

К – коэффициент сжатия грунта взрывом, при использовании аммонита №6 ЖВ в малоплотных торфах К=0,4; ρв – плотность взрывчатого вещества.

После образования зарядной траншеи и установления ее соответствия расчетным данным производят укладку в нее основного заряда. Взрывные параметры траншеи рассчитывают в следующем порядке.

Заданная проектная глубина траншеи hТ включает два слагаемых:

384

где W – линия наименьшего сопротивления, равная расстоянию от оси заряда до поверхности болота, W = (0,3–0,5) hТ; Rсж – радиус видимого сжатия, определяемый по эмпирической зависимости:

здесь Qзар.п – масса заряда длиной 1 м.

Зная величины hТ и W, из формулы (4.125) можно определить Rсж. Подставляя значение радиуса в выражении (4.126) определим

откуда получим диаметр основного удлиненного заряда:

где Ав – удельный расход ВВ, равный для среднеразложившегося торфа при использовании аммонита №6 ЖВ Ав=0,5–0,7 кг/м3; f(n) – функция, зависящая от показателя действия взрыва:

Показатель действия взрыва определим, задаваясь шириной траншеи по верху Вв:

Метод сосредоточенных зарядов применяется на глубоких болотах, покрытых лесом, и заключается в том, что по оси будущей траншеи на расчетном расстоянии одна от другой взрывным способом образуют зарядные воронки, в которые помещают сосредоточенные заряды. В результате их взрыва образуется линейная выемка требуемого профиля.

Первоначально в торфяном слое устраивают проколы или шпуры диаметром до 100 мм для размещения прострелочных зарядов (рис. 4.28).

Глубину расположения прострелочного заряда (расстояние от его центра до поверхности болота) Wn найдем, исходя из следующих рассуждений.

385

Известно, что глубина расположения сосредоточенных зарядов (расстояние от их центра до поверхности болота) Wс связана с проектной глубиной траншеи hТ соотношением Wс = (0,3–0,5)hТ. Подобным соотношением связаны Wn и глубина зарядной воронки hз.в - Wn = (0,3–0,5)hз.в. Если принять hз.в, ≈Wс, то ориентировочно Wn ≈ (0,1–0,25)hТ. Величина прострелочного заряда выброса

где f(n) – функция, зависящая от показателя действия взрыва, f(n) =0,25 +0,75n3.

Рис.4.28. Схема расположения прострелочного и сосредоточенного зарядов:

1 – прострелочный заряд; 2 – контур зарядной воронки; 3 – сосредоточенный заряд; 4 – контур траншеи

Расстояние между прострелочными зарядами диктуется расстоянием между сосредоточенными зарядами, располагаемыми так же в один ряд:

Сосредоточенные заряды из водоустойчивых ВВ помещают в обводненные зарядные воронки. При мощности торфа более 1,5 hТ величину сосредоточенного заряда выброса рассчитывают по формуле:

При мощности торфа менее проектной глубины траншеи величину заряда определяют по формуле М.М.Борескова:

Метод скважинных зарядов целесообразно применять при сооружении траншей на болотах типов I и II. Его можно использовать как на залесенных, так и на не имеющих древесной растительности болотах. Скважины в зависимости от проектной ширины траншеи по дну можно располагать в один

386

или два ряда на расчетном расстоянии. Диаметр скважин не превышает 150-200 мм. Величина заряда выброса зависит от глубины траншеи hТ, свойств грунта и показателя действия взрыва:

где показатель n изменяется в пределах от 1,0 до 2,5. Удельный расход аммонита №6 ЖВ при взрывах на выброс при зольности торфа 20% составляет 0,58 кг/м3, при зольности 30% - 0,59 кг/м3, при зольности 40%- 0,61 кг/м3, при зольности 50% - 0,65 кг/м3, при зольности 60% - 0,71 кг/м3, при зольности 70% - 0,84 кг/м3.

4.3. Прокладка трубопроводов на многолетнемерзлых, просадочных и пучинистых грунтах

Многолетнемерзлые (вечномерзлые) грунты занимают сравнительно большую территорию – 23% земной поверхности (в России – 47% - это районы Крайнего Севера, Кавказ, Южный Урал и др.).

Особенностями строительства и эксплуатации трубопроводов в районах распространения многолетнемерзлых грунтов, определяющими технологические и конструктивные решения, являются отрицательные температуры окружающей среды (воздух, грунт) и резкое изменение физикомеханических свойств большинства грунтов при их оттаивании [10; 16; 37; 56; 114; 123; 125; 129].

Грунты всех видов называются мерзлыми, если они имеют отрицательную или нулевую температуру и содержат в своем составе лед; эти грунты называются многолетнемерзлыми (вечномерзлыми), если они находятся в мерзлом состоянии в продолжение многих (от трех и более) лет.

Врайонах распространения многолетнемерзлых грунтов поверхностный (деятельный) слой грунта, подвергающийся сезонному промерзанию и оттаиванию, называется сезоннопромерзающим – оттаивающий летом и промерзающий зимой, но без слияния с толщей многолетнемерзлого грунта; сезоннооттаивающим – оттаивающий летом и промерзающий зимой до полного слияния с толщей многолетнемерзлого грунта.

Вмноголетнемерзлых грунтах естественны, например, такие особенности:

наледь – выход в зимнее время речной или другой воды на поверхность земли;

солифлюкция – медленное вязкое течение грунта по склону рельефа, вызванное процессом сезонного его промерзания-оттаивания;

387

термокарст – провальные формы рельефа, образующиеся вследствие оттаивания подземного льда и льдистых вечномерзлых грунтов;

пучение – увеличение в объеме слоя влажного грунта в процессе его промерзания, проявляющееся в подъеме поверхностного слоя;

морозобойные трещины – вертикальные трещины в грунте, образующиеся вследствие его сезонного промерзания или резких и больших температурных колебаний в зимнее время.

Глубина сезонного оттаивания изменяется от 0,2 до 3,5 м (максимально – супесь без растительного покрова), сезонного промерзания – от 0,6 до 5 м.

Проектирование трубопроводов, предназначенных для прокладки в районах вечномерзлых грунтов, следует осуществлять в соответствии с требованием СНиП 2.02.04 – 88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. – М.: ЦНТП Госстроя СССР, 1990. – 56 с., при этом при выборе трассы следует избегать участки с подземными льдами, наледями и буграми пучения, проявлений термокарста, косогоров с льдонасыщенными, глинистыми и переувлажненными пылеватыми грунтами. Первый принцип, при котором вечномерзлые грунты (ВМГ) следует использовать в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего заданного периода эксплуатации трубопровода.

При пересечении участков пучинистых грунтов расчет на прочность, устойчивость и деформативность производят с учетом дополнительных воздействий, вызванных морозным пучением грунтов.

В случае прокладки трубопроводов с использованием грунтового основания по II принципу согласно СНиП 2.02.04-88 при расчете трубопроводов на прочность и устойчивость следует учитывать дополнительные напряжения от изгиба, вызванные неравномерной осадкой основания.

Институт «Гипроспецгаз» (г.Ленинград) при проектировании трубопроводов на многолетнемерзлых грунтах подразделяет все участки трассы

на «горячие» (t > 0 круглый год), «теплые» (tср.год ≥ 0), «холодные» (t < 0) [129]. При пересечении участков пучинистых грунтов для расчета «холодных»

трубопроводов определяют размеры зоны промерзания вокруг трубопровода, параметры пучения в зависимости от положения фронта промерзания и оценку прочности и устойчивости трубопровода вследствие его взаимодействия с грунтом.

С целью уменьшения воздействия морозного пучения на трубопроводы или на их опоры заменяют грунт, устраивают компенсационные участки, проводят техническую мелиорацию грунтов, прокладку трубопроводов с учетом ожидаемых деформаций, применяют противопучинистые устройства для обеспечения устойчивости положения трубопроводов.

Выбор конструктивной схемы прокладки на участках многолетнемерзлых грунтов во многом будет предопределяться просадочностью этих грунтов при оттаивании.

388