3400

Введение. За многие годы, которые

Вечномерзлые

грунты

на

территории

были посвящены освоению Крайнего Севера

Российской Федерации занимают 65 %, в том

на территории нашей страны, был накоплен

числе 85 % приходиться на территорию Си-

опыт проектирования, строительства и экс-

бири и 95 % республики Саха, рис. 1.

плуатации

магистральных

трубопроводов

Северная

строительно-климатическая

(МТ).

зона

занимает 48

% территории нашей

Богатейший

опыт

проектирования, страны, которая

включает в

себя

некоторые

строительства и эксплуатации отечественных

районы Восточной и Западной Сибири, Даль-

магистральных трубопроводов, берущих своё

него Востока и Крайнего Севера. Протяжен-

начало на месторождениях нефти и газа За-

ность МТ к 2017 году составил 58 тыс. км. Ди-

падной Сибири и Крайнего Севера и заканчи -

намика увеличения МТ отражена на - диа

вающихся в промышленных центрах потреб-

грамме (рис.2) согласно данным Службы гос-

ления нашей страны, в полной мере раскрыл

ударственной статистики. За

десятилетний

серьёзные проблемы при сооружении и экс-

срок протяженность МТ увеличилась на16

плуатации магистралей на территориях зале-

тыс. км [9].

гания вечномерзлых грунтов.

Основные

проблемы,

связанные

со

Для того чтобы спроектировать МТ в зо -

строительством

магистральных трубопрово-

нах с мерзлым грунтом , необходимо провести

дов. Несмотря на богатейший опыт, остаются

инженерно-геокриологические

исследования

не до конца решенными проблемы при соору -

мерзлого грунта. Для принятия грамотных ре -

жении и эксплуатации этих ответственных

шений необходимо владеть качественной ин-

инженерных сооружений на территории зале-

формацией о состоянии внешней и внутрен-

гания вечномерзлых грунтов, которые не об-

ней среды объекта. Благодаря данным иссле-

ладают стабильными физико-механическими

дованиям

становятся

известны природныесвойствами во времени. Весной и летом они

условия района строительства, температур-

протаивают и превращаются в жидкие массы

ные и криогенные изменения, они характери-

с нулевой несущей способностью, а осенью и

зуют расчетные параметры грунтов в мерз-

зимой промерзают и становятся весьма проч-

лом, оттаивающем и оттаявшем состоянии [1-

ными.

8].

Рис. 2. Протяженность магистральных трубопроводов

То есть, в зонах вечной мерзлоты проис -

оползневых процессов и процессов обводне-

ходит нарушение динамического равновесия

ния и заболачивания трасс трубопроводов.

в процессе строительства и эксплуатации МТ ,

При строительстве на мерзлых грунтах

которое сопровождается активацией опасных

возникает основная техническая проблема-

природных процессов, негативным влиянием

возможные повреждения слоя вечной мерз-

на техническое состояние трубопроводов, в

лоты. С данной проблемой сталкивались не

результате чего может возникнуть аварийные

только на территории России, но так же в Ка-

ситуации. К

подобным «реакциям отторже-

наде и США. Были проведены исследования,

ния» природной средой техногенного воздей-

в результате которых предлагаемые меры

ствия относятся:

борьбы с нарушениями слоя вечной мерзлоты

- пучение и просадка промерзающих,

коснулись контроля двух основных факторов :

протаивающих грунтов;

температуры и влажности мерзлого грунта.

- выпучивание (всплывание) участков

Одной из таких мер является применение но-

трубопроводов;

вых эффективных теплоизоляционных -по

- активация таких процессов как термо-

крытий, позволяющих уменьшить теплопере-

карст,

солифлюкция,

морозобойные

тре-

дачу от трубопровода к мерзлому грунту и за-

щины,

бугры

пучения

и .др, эрозионных,

щитить его от протаивания [9].

Расположенный рядом с «теплым» тру-

явления является разрушение поверхности

бопроводом грунт интенсивно оттаивает, за

части замершего и оттаявшего грунта из-за

счет положительных температур, особенно

заполнения этой доли водопроницаемой поч-

интенсивное оттаивание происходит в глини-

вой, а так же иные нарушения целостности

стых мерзлых грунтах, в которых содержится

данного участка грунта. При этом располага-

много ледяных слоев.

Из-за того, что слой

ющаяся между различными слоями грунта

льда располагается на небольшой глубине от

вода, находящаяся под давлением, находит

поверхности

земли, частичное

оттаивание

себе путь по местам , где давление меньше [9].

слоя вечной мерзлоты вокруг «теплого» тру-

Как правило, на территории, где трасса

бопровода может привести

к

деформациям проходит в скальных и песчаных крупнозер-

трубопровода или под действием выталкива-

нистых грунтах с высокой температурной

ющих сил спровоцировать

его

всплытие

на стабильностью, обладающих хорошими дре-

поверхность. Вспучивание вечной мерзлоты

нажными характеристиками и без склонности

имеет место и в районах с сезонным промер-

к промерзанию, располагаются участки веч-

занием грунта на большую глубину, но осо-

ной мерзлоты с малым количеством льда. Ха-

бенно серьезно проявляется

в

зонах вечной рактерными особенностями таких участков

мерзлоты, когда замерзает большое количе-

является:

ство как постоянно присутствующей, так и

-

отсутствие льда в зоне оттаивания;

проникающей извне воды и, соответственно,

-

чрезмерной осадки почвы после отта-

увеличивается ее объем. Если вспучивание

ивания;

мерзлого грунта будет происходить неравно-

- нестабилизированного слоя, который с

мерно, то проектное положение трубопро-

течением времени может стать причиной де-

вода измениться, в результате чего возникнет

формации трубопровода.

вероятность аварий на магистрали . Льдообра-

Всё это приводит к повреждению трубо -

зование проявляется

в образовании

слоевпровода, рис.3.

льда, которые заполняют собой полости в

грунте и при низкой температуре окружаю-

щего воздуха

замерзает. Причиной данного

Рис. 3. Типовые повреждения труб

В связи с чем возникают аварии на раз-

диаграмме ниже, рис.4. Данные собраны на

личных

участках магистралей.

Статистика

основе анализа открытых данных Ростех-

аварий

на магистральных

трубопроводахнадзора [10,11].

России

за последние 10 лет представлена в

12

10

8

6

Магистральныетрубопроводы

4

2

0

2007

2009

2011

2013

2015

2017

Рис. 4. Изменение аварийности магистральных трубопроводов

К

вышеперечисленным

проблемамна многолетнемерзлые грунты. При оттаива-

можно так же добавить проблему выбора

нии вечномерзлого грунта стальная оболочка

точных конструкторских и технологических

трубопровода либо всплывает под действием

решений, для обеспечения требуемого темпе -

выталкивающей силы, либо разрушается. По-

ратурного режима грунта основания трубо-

этому, необходимо как можно точнее изучать

провода и стабилизации проектного трубо-

строительно-климатические условия,

свой-

провода при осадке оттаивающего грунта.

ства грунта, и проектировать технологии, не

Выводы. Опыт эксплуатации подзем-

позволяющие тепловому воздействию трубо-

ных МТ в зонах вечной мерзлоты показывает ,

проводов

негативно

влиять

на

мерзлые

что одним из основных факторов, резко сни-

грунты, а также тщательно подбирать способ

жающих эксплуатационную надежность этих

расположения магистралей.

ответственных инженерных сооружений, яв-

ляется

тепловое воздействие трубопроводов

Контроль

качества бетона заключается

чительно отличаться

от

реального

- веде

в проверке соответствия фактической конеч-

ния бетонных

работ(например, степени

и

ной и распалубочной прочности(проектной)

способа уплотнения, времени твердения сме-

[1]. Строительная организация самостоя-

сей). Данные различия значительно снижают

тельно выбирает способы контроля, но со-

правильность результатов, полученных таким

гласно требованиям действующих сегодняметодом.

нормативных

документов, разрушающий

Однако при контроле за прочностью бе-

контроль должен производиться обязательно.

тона в готовых железобетонных конструк-

Разрушающий контроль прочности бе-

циях достаточно часто применяют ультразву-

тона можно вести несколькими способами:

ковой метод

контроля.

Такой

метод отно-

цах (например, кубах);

ние прочностных показателей при помощи

непосредственно из

важно понимать, что результаты всех этих ме -

конструкции образцы

(например, керны). Пробы берутся в опреде-

тодов основаны на косвенных характеристи-

ленных местах. Места взятия проб должны

ках.

Цель исследования: практическое при-

быть

указаны

в

проектной

документации

либо

определяться

менение ультразвукового контроля прочно-

проектировщиками по

ходу ведения работ.

сти железобетонных конструкций.

Для испытания образцов выбуренных из

Характеристика ультразвукового ме-

конструкции или специально изготовляемых

тода и применяемых приборов. Ультразву-

образцов могут применяться мобильные ис-

ковой метод основан на измерении скорости

пытательные прессы МИП-25/50, рис. 1 [2].

прохождения ультразвуковых волн через ма-

Образцы, так называемые «кубики», из-

териал. Испытания проводят способом сквоз-

готовленные непосредственно на строитель-

ного ультразвукового прозвучивания(дат-

ной площадке согласно конкретному техно-

чики расположены на противоположных сто-

логическому

регламенту, для

испытаний

ронах образца, подвергаемого тестированию)

чаще всего отправляются в лабораторию. Од-

и

методом поверхностного прозвучивания

нако получение бетонных кубиков может зна -

(датчики ставятся на одной стороне образца).

Рис. 1. Вид мобильных испытательных прессов МИП-25 / 50

Способ сквозного прозвучивания уль-

Зависимость «скорость ультразвуковых

тразвуком

позволяет

определять

прочность волн – прочность

бетона» обусловливается

не только в слое бетона около поверхности,

влиянием следующих факторов, изменения

но и в теле всей конструкции, в отличие от

которых должны учитываться при использо-

других неразрушающих

способов

контроля вании

ультразвукового метода

определения

прочности.

прочности: состав

заполнителя;

колебания

Градуировочная

зависимость

скорости

расхода цемента, составляющие более 30 %;

распространения

ультразвуковых

волн

методи изготовления бетонной смеси; плот-

прочности

объекта на

сжатие определяется ность бетона; напряженное состояние бетона.

индивидуально для каждого состава бетона.

Для определения прочности бетона при -

Это обуславливается тем, что при определе-

меняют ультразвуковые дефектоскопы-изме-

нии прочности

использование

несколькихрители

прочности, например,

«Пульсар-

градуировочных бетонных зависимостей не-

2.1/2.2», рис. 2 [3].

известных или других составов приведет к

возможным погрешностям.

Этот прибор может:

-измерять глубину поверхностных тре-

-контролировать прочность, однород-

щин;

ности и класс бетона;

-оценивать степень зрелости бетона

-обнаруживать пустоты, трещины и

при монолитном бетонировании;

другие дефекты;

-определять плотность и модуль упру-

гости бетона.

Если конструкция имеет армирование,

режим компенсации влияния парал-

возникает необходимость измерения защит-

лельных стержней.

ного слоя.

Примером является измерители

Благодаря

реализованному в

приборе

защитного

слоя

бетона«ПОИСК-2,5/2,6»,

ПОИСК-2.6. методу импульсной индукции

рис. 3. Эти приборы основаны на магнитном

пользователь может:

методе по ГОСТ 22904 (ПОИСК-2.5) и методе

одновременно определять толщину за-

импульсной индукции (ПОИСК-2.6).

щитного слоя и неизвестный диаметр арма-

Возможности и преимущества прибора

туры без использования эталона-прокладки.

ПОИСК-2.51:

Это позволяет обследовать конструкции с

определение

одновременно толщинымаксимальной

точностью и высокой

скоро-

защитного слоя и диаметра арматуры за два

стью даже при отсутствии технической доку-

измерения: с эталоном-прокладкой и без неё;

ментации на эти конструкции;

поиск арматурных стержней с помо-

проводить достоверные измерения на

щью линейного индикатора, цифровых пока-

участках конструкций с густым армирова-

заний и тонального звукового сигнала;

нием.

автоматизированная настройка на неиз-

вестные марки сталей арматуры с сохране-

нием настроек в памяти;

Прибор

используют

для оперативного

прочности

методом

ультразвукового - им

контроля коррозии арматуры в бетоне мето-

пульса выполнялась с использованием при-

дами анализа потенциала микрогальваниче-

бора «Пульсар-1.2». Работа прибора основана

ской пары (например, датчиком потенциала)

на измерении времени прохождения ультра-

и измерения

удельного

электрического -со звукового импульса (продольных ультразву-

противления бетона (например, датчиком со-

ковых колебаний) в бетоне от излучателя к

противления).

приемнику, визуальной фиксации изменений

Практическое использование ультра-

формы импульсов ультразвуковых колеба-

звуковых приборов. Работа по измерениям

ний. Схема поверхностного прозвучивания

показана на рис. 5.

При определении скорости прохожде-

а положения приемника и излучателя изменя-

ния ультразвукового импульса, выполнялся

лись. Для повышения достоверности, в каж-

визуальный контроль формы импульсов пер-

дом измерительном цикле для получения еди -

вого вступления для исключения влияния от-

ничного измерения в серии, автоматически

раженных сигналов и макротрещин.

выполняется 6 измерений. На рис. 6 показан

При получении искаженной формы им-

ультразвуковой прибор во время выполнения

пульсов, результат измерений не учитывался,

измерений.