Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte

где f – коэффициент трения трубопровода о грунт при продольном перемещении, который можно в первом приближении принять равным тангенсу угла внутреннего трения грунта (tgϕгр); G – общий вес протаскиваемого трубопровода в воздухе, равный:

С – сопротивление трубопровода сдвигу, обусловленное сцеплением грунта,

L – длина протаскиваемого трубопровода; iтр – длина части окружности трубы, врезавшейся в грунт, ориентировочно принимаемая равной 0,3Dн; qтр – расчетная нагрузка от собственного веса трубопровода, qтр = qм + qиз; q,бал – расчетная интенсивность балластировки в воздухе.

Если балластировка выполняется одиночными пригрузами, то

где G – общий вес офутерованного трубопровода в воздухе, равный:

Епас – пассивный отпор грунта движению пригрузов.

Значение расчетной нагрузки от собственного веса футеровки

где N – число пригрузов на трубопроводе; i – длина хорды той части пригруза, которая погружена в грунт (рис.5.4):

439

t – толщина пригруза (см. табл. 5.4); γгр – удельный вес грунта в воздухе; сгр – сцепление грунта.

Рис.5.4. Схема опирания подводного трубопровода на грунт:

1 – поверхность трубопровода (с изоляцией и футеровкой); 2 – поверхность кольцевого утяжеляющего груза; 3 – часть груза, врезающаяся в грунт

Вторая стадия: скольжение по грунтовой дорожке. Независимо от способа балластировки

Третья стадия: скольжение по дну подводной траншеи. Независимо от способа балластировки

где Gв – общий вес протаскиваемого трубопровода в воде, равный:

fв – коэффициент трения трубопровода о грунт в воде, ориентировочно

fв = 0,8tgϕгр.

Четвертая стадия: трогание трубопровода с места после временной (более одного часа) остановки протаскивания.

При сплошном обетонировании

qпс – интенсивность присоса трубопровода к дну подводной траншеи; в суглинках и плотных глинах qпс = 0,3 кН/м2, в вязких глинах qпс = 0,6 кН/м2; S – площадь поверхности контакта трубопровода с грунтом.

440

При балластировке одиночными грузами

где S′ - площадь поверхности контакта трубопровода и пригрузов с грунтом; Ев – пассивный отпор грунта в воде, определяемый по формуле:

В формуле (5.24) значение сцепления грунта в воде сгр.в=0,05·сгр, для офутерованного трубопровода сгр.в = 0,1 сгр.

По результатам расчетов выбирается максимальное усилие протаскивания. Если оно превышает технические возможности тяговых средств, его можно частично уменьшить в первой стадии за счет подъема и поддерживания конечного участка трубопровода трубоукладчиками. В этом случае общий вес G уменьшается на значение веса приподнятой части трубопровода.

Значительного уменьшения Тпр, можно добиться, используя рельсовую спусковую дорожку. В этом случае усилие протаскивания определяется по

где kТм – коэффициент трогания трубопровода с места, равен 1,5 – 2,0; Т1 – сопротивление, создаваемое трением качения колеса тележки по рельсам; Т2 – сопротивление, создаваемое трением скольжения в подшипниках осей тележки; Т3 – дополнительное сопротивление, создаваемое трением реборд колес о рельсы при движении; Т4 – сопротивление, создаваемое трением тягового каната о грунт. Значения Т1, Т2, Т3 и Т4, рассчитываются по формулам:

441

где qmр=qм + qиз+qф; GТ – вес тележки; G Г.Т – грузоподъемность тележки; fк – коэффициент трения качения; fc – коэффициент трения скольжения, fc = 0,05; rТ

– радиус оси тележки; RТ – радиус колеса тележки; qк – погонный вес тягового каната; fк.н – коэффициент трения каната о грунт, fк.н = 1,0.

Возможен также вариант последовательного наращивания плетей на берегу, тогда уменьшается длина берегового участка протаскиваемого трубопровода, а расчет становится комбинированным, например, объединяются первая и четвертая стадии.

На третьей и четвертой стадиях протаскивания величину Тпр можно понизить за счет разгружающих понтонов, уменьшающих вес трубопровода в воде. Так, формула (5.23) примет вид:

где nр.п – число разгружающих понтонов; Gр.п – грузоподъемность понтона. Номинальный ряд грузоподъемностей включает 15, 30, 50 и 100 кН. Если известно значение, до которого необходимо понизить значение Тпр,

например, максимальное усилие Ттяг, создаваемое тяговой лебедкой, то, подставив его в формулу (5.30), определяют потребное число понтонов:

Расстояние между понтонами

Подъемная сила на единицу длины трубопровода

Расчетное тяговое усилие Тр определяется как:

где mтяг – коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,1 при протаскивании лебедкой и 1,2 при использовании тракторной тяги.

Максимальное тяговое усилие, развиваемое подобранными тяговыми средствами, должно отвечать условию:

Тяговый трос подбирается в зависимости от его разрывного усилия

442

где mТ – коэффициент условий работы, mТ = 1,1; nТ – коэффициент надежности по нагрузке от тягового усилия, nТ = 2 при протаскивании по грунту и nТ = 1,3 при протаскивании по специальным спусковым дорожкам; kод – коэффициент однородности, равный для нового троса 1,0 и для изношенного в пределах установленной нормы 0,8; tТс – коэффициент тросового соединения с трубопроводом, значение которого приведены в табл. 5.5.

Таблица 5.5

Значения коэффициента тросового соединения

Значения разрывных усилий для стальных канатов приведены в табл. (приложение Д).

В качестве тяговых средств наиболее эффективными являются тяговые лебедки ЛП-1, ЛП-1А, ЛП-151 и ЛП-301, основные техасские параметры которых приведены в табл. 5.6.

443

Таблица 5.6

Техническая характеристика лебедок протаскивания

1В числителе дано тяговое усилие без подвижного блока, в знаменателе – с подвижным блоком.

2В числителе дана скорость протаскивания без подвижного блока, в знаменателе – с подвижным блоком.

Для закрепления лебедок используют анкеры, простейшая конструкция которых, совмещенная с расчетной схемой, приведена на рис. 5.5. Несущая способность такого анкера (на единицу длины) может быть определена с двухтрехкратным запасом по формуле [11]:

где z– параметр, равный:

444

α - угол наклона тросовой оттяжки к горизонту; d - диаметр анкера (трубы, бревна, пакета из труб или бревен); h - глубина заложения анкера, считая от оси. Диаметр бревен должен не менее 20 см, труб – 25 см.

Рис.5.5. Конструкция анкера:

1 – анкер; 2 – трос; 3 – направляющий брус

5.1.3.2. Параметры укладки подводных трубопроводов с поверхности воды

Различают три этапа укладки трубопровода в проектное положение: начальный, промежуточный и конечный, каждому из которых соответствуют своя расчетная схема и метод расчета. Учитывая, что трубопровод является тонкостенной конструкцией, для упрощения расчетов принимается допущение о равенстве выталкивающей силы qв и веса воды в единице длины трубопровода.

Начальный этап. Схема начального этапа приведена на рис. 5.6. Трубопровод испытывает консольный изгиб, и наибольшие напряжения возникают в нем в момент касания трубопроводом дна траншеи (водоема).

При имеющихся исходных значениях расчетных нагрузок q1 и q2 (см. приложение В – последний и предпоследний столбцы) определяются параметры m и β:

445

а для трубопроводов, имеющих отрицательную плавучесть, удерживаемых на плаву за счет понтонов и погружающихся за счет отстроповки,

Промежуточный этап. Схема промежуточного этапа приведена на рис. 5.8. Трубопровод рассматривается как однопролетная балка с нулевыми граничными условиями на обоих концах для угла поворота и изгибающего момента. Наибольшие значения изгибающих моментов для участков a и b определяются по формулам:

где ψа и ψb – безразмерные функции, зависящие от отношения q1 /q2 и определяемые по графику (рис. 5.9); ω - сумма нагрузок ω = q1 + q2; h – глубина погружения трубопровода, при известной глубине водоема hв,

h = hв – Dн + уо. При отношении q1 /q2 > 1 максимальным изгибающим моментом будет Ма, при отношении q1 /q2 < 1 максимальным будет изгибающий момент Мb.

Максимальные напряжения в трубопроводе от изгиба рассчитываются по формуле:

448