Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов

..pdf
Скачиваний:
116
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
35.35 Mб
Скачать

Для закрепления грунтов в него добавляют вяжущее вещество ВМТ, представляющего собой остаток термического крекинга гудрона нефти с легким газойлем коксования и нефтяным битумом.

В качестве удерживающей способности одного погонного метра перемычки Руд принимается величина ее сопротивления поперечным вертикальным перемещениям трубопровода единичной длины Рс за вычетом выталкивающей силы воды qe:

Руд ^ Pc-Яш

(4.83)

а'

Рис.4.21. Расчетная дсема к определению удерживающей способности балластной перемычки

Расчетная схема и определение удерживающей способности перемычки Приведена на рис. 4.21. В соответствии с ним величина сопротивления грунта Перемычки Рс состоит из двух составляющих: веса грунта непосредственно над трубопроводом Ргр и результирующей сил сцепления грунта Рсцпо двум Носкостям среза, проекции которых представлены на схеме отрезками АВ и СД:

Рс= Ргр + Рс, ,

(4.84)

где Ргр определяется по формуле:

 

Ргр = У -У,гр ,

(4.85)

Здесь V - объем единицы длины перемычки, находящейся непосредственно над Трубой (ограничен фигурой АВСД, см.рис.4.21).

nDt

т.е. объем численно равен площади фигуры АВСДЕ; узгр - удельный вес закрепленного грунта.

Величина Рсцнаходится из выражения:

Pa, = 2 T cp-F cp

(4.87)

где тср - средние касательные напряжения по плоскостям среза

 

Тср~Сср'фэ.гр~^Сз, гр'кп

(4.88)

Здесь еср - активное давление грунта на уровне середины высоты h

(fa гр, с3, гр -

угол внутреннего трения и сцепление закрепленного грунта, для закрепленного суглинка, например <рз гр= 13°14/; с3, гр- 0,026 МПа.

Следует иметь в виду, что значение сцепления получено в лабораторных условиях. Учитывая, что в условиях трассы невозможно обеспечить такое же качество, при расчете балластировки трубопроводов вводится коэффициент понижения сцепления кп=0,2; Fcp - площадь одной плоскости среза единичной длины, численно равной h0.

Величину есропределим как

еср = Гзгр ■у • # 2f 45‘ -

(4 -89)

Для данного расчетного случая выталкивающая сила воды определяется как обычно, по формуле (4.61).

С учетом (4.84 - 4.89) окончательное выражение для определения удерживающей способности из закрепленного грунта примет вид:

P y à =v(r3?p-rJ + 2h0

(4.90)

При балластировке непрерывным слоем выражение (4.90) имеет несколько иной вид:

Руд

h3 2p{уз гр Ув)+ 2Нз гр

где кггр - толщина слоя закрепленного грунта.

Имея в виду, что устойчивость против всплытия будет обеспечена, если

Яг ^ Руд

получим выражение для определения толщины слоя закрепленного грунта путем совместной записи (4.92) и (4.91):

Яг -Y ^ p h ltg 1 45“ - -

гр

К гр= -

(4.93)

А { / з.гр

 

Расстояние между двумя соседними перемычками £\ обуславливается удерживающей способностью одного погонного метра перемычки Руд, длиной перемычки £п и величиной требуемой интенсивности балластировки q2 и равно длине отрезка трубопровода, устойчивость которого на дно обводненной траншеи обеспечивается одной балластирующей перемычкой, см. рис. 4.20.

Оно определяется из соотношения L\ : L2~ Руд ' Яг , откуда

Гуд

A = V

Яг

Величина Ln находится из выражения:

L = Уп- ^ б

гр

где Vn- объем грунта в перемычке, подлежащего закреплению

У" = MJ ÎL = _ i £ « _

Рек Рек

(4.94)

(4.95)

(4.96)

здесь Мск - масса скелета грунта в перемычке, подлежащая закреплению; Мь - масса вяжущего продукта ВМТ; кд - дозировка вяжущего по массе скелета грунта; рСК- плотность скелета грунта.

В выражении (4.45) Угр - объем грунта в одном погонном метре средней

части перемычки:

 

 

яО:2\

гр

(4.97)

 

где FT - площадь поперечного сечения траншеи; Ус - объем грунта в боковом откосе перемычки

 

r hÎBT тЮ>,

2 \

 

У* =

7ài„D t

(4.98)

8

c t g < X n + - h n C t g a c t g a n

 

 

 

Величина Lu определяемая по формуле (4.94), не может быть произвольной, она ограничена допустимым значением, которое в свою очередь находится из условия прочности трубопровода, заключенного между двумя перемычками.

Максимальное расстояние между перемычками из условия прочности трубопровода определяется по формуле:

12 W cru

Ц =

(4.99)

I

я

где W - момент сопротивления сечения трубы; аи - допустимое изгибающее напряжение; q - нагрузка, действующая на трубопровод

q = Рс + Чтр- Я, п

(4.100)

С учетом (4.96), расстояние между двумя соседними перемычками определяется по формуле:

к

V

(4.101)

Я2

я

Количество перемычек определяется отдельно на прямолинейных и криволинейных участках. При этом необходимо придерживаться следующих положений.

Если на прямолинейном участке последняя перемычка не попадает на границу его с криволинейным участком, т.е. число перемычек п„ дробное

я . = - Г

(4-102)

L \

где L - длина прямолинейного участка, то она округляется в меньшую сторону до ближайшего целого и очередная перемычка устраивается на расстоянии, соответствующем криволинейному участку.

Соответственно при переходе с криволинейного на прямолинейный участок число перемычек округляется в большую сторону.

При балластировке трубопроводов анкерными устройствами основными техническими параметрами являются расчетная несущая способность Fans

(воспринимаемое ими усилие) и расстояние между ними £а, которые связаны между собой зависимостью:

«-ЮЗ)

Величина Бат определяется по формуле:

Бацк ^аГПаикБанк »

(4-.104)

где Za - число анкеров в одном анкерном устройстве; танк - коэффициент условий работы анкерного устройства; при Za = 1 или Za> 2, но Д/Д™* > 3 танк = 1,0; при Za >2, но Д/Д,,* <3 таик определяется по формуле:

танк = 0,25 (1 + D,/DaHK)

(4.105)

Банк ~ расчетная несущая способность анкера, равная:

Банк = ФанЛн

(4-106)

В формулах (4.105), (4.106): Д, - наружный диаметр трубопровода; DaHK- максимальный линейный размер проекции одного анкера на горизонтальную плоскость; Фанк- несущая способность анкера; к„ - коэффициент надежности анкера, принимаемый равным 1,4 (если несущая способность анкера определена расчетом) или 1,25 (если несущая способность анкера определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой).

Расстояние £адолжно удовлетворять проверке трубопровода по деформациям (см.п.2.2), в которой изгибающие напряжения представлены как:

a H= ± M /W

(4.107)

где М - максимальный изгибающий момент, имеющий место в точках закрепления трубопровода анкерными устройствами,

M =

(4.108)

Число анкерных устройств, необходимых для балластировки участка трубопровода длиной определяют по формуле (4.68), приняв £г = £а •

Несущая способность анкера зависит от его конструкции и типа грунта, в который погружается анкер. По конструкции различают винтовые анкеры (ВАУ, АС, АЛ), раскрывающиеся анкеры (АР) и гарпунные (выстреливаемые) анкеры (АВ).

Рис.4.22. Схема закрепления трубопровода винтовым анкерным устройством:

1 - трубопровод; 2 - силовой пояс; 3 - футеровочный мат; 4 - штанга анкерная; 5 - винтовая лопасть

Винтовые анкеры ВАУ-1(рис.4.22) предназначены для закрепления от всплытия трубопроводов диаметром от 273 до 1420 мм, прокладываемых в условиях обводненной и заболоченной местности [22]. Несущая способность анкера Фаикобеспечивается винтовой лопастью и определяется как:

Фанк ~ Ма’Рпр »

(4.109)

где та- коэффициент условий работы (табл.4.7); Рпр- предельное (критическое) сопротивление анкера, определяемое экспериментальным путем или по формуле:

PnP = {A c ip + B y ! p ha)Fn

(4.110)

где А, 3 - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения грунта в рабочей зоне лопасти винта (табл.4.8); сгр - сцепление грунта в рабочей зоне лопасти винта (табл.4.9); угр- средневзвешенный удельный вес грунтов, залегающих от дна траншеи до отметки заложения лопастей анкера (см.табл. 4.9); h0 - глубина заложения лопастей от дна траншеи; Fj, - площадь лопастей анкера, равная:

где Dam- диаметр винтовой лопасти.

Промышленностью выпускаются винтовые анкеры с диаметрами лопастей 0,2; 0,3; 0,4; 045; 0,5 м (табл. 4.10).

Экспериментальные значения Рпр, полученные путем выдергивания винтовых анкеров, завинченных в мягкопластичные глины и суглинки, а также в пластичные супеси на глубину не менее шести диаметров лопасти, представлены в табл. 4.10.

 

 

Значения коэффициентов та

 

Таблица 4.7

 

 

 

 

Грунты, вид и состояние

Коэффициент условий работы при

Глинистые

 

 

выдергивающей нагрузке

 

 

 

 

 

твердые, полутвердые и

 

0,7

 

тугопластичные

 

 

 

 

 

мягкопластичные

 

 

0,7

 

текучепластичные

 

 

0,6

 

Пески:

 

 

 

 

 

маловлажные

 

 

 

0,7

 

влажные

 

 

 

0,6

 

водонасыщенные

 

 

 

0,5

 

Супеси:

 

 

 

0,7

 

твердые

 

 

 

 

пластичные

 

 

 

0,6

 

текучие

 

 

 

0,5

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.8

 

 

Значения коэффициентов А и В

 

 

Угол

А

В

Угол

А

 

внутреннего

внутреннего

В

трения,

 

 

трения,

 

 

градус

 

 

градус

 

 

10

6,2

2,1

24

13,5

7,0

12

6,6

2,4

26

16,8

9,2

14

7,1

2,8

28

21,2

12,3

16

7,7

3,2

30

26,9

16,5

18

8,6

3,8

32

34,4

22,5

20

9,6

4,5

34

44,5

31

22

1U

5,5

36

59,6

44,4

Раскрывающиеся анкеры типа АР предназначены для закрепления от всплытия трубопроводов диаметром 1020-1420 мм в условиях обводненной и заболоченной местности, болот всех типов, на сезонно обводняемых поймах рек, на руслах малых рек и ручьев [22;56]. Несущая способность анкера обеспечивается лопастями 1рапецеидальной формы, шарнирно закрепленными на штанге. Анкер погружается в грунт под действием ударной нагрузки и раскрывается обратным частичным выдергиванием на 1,2-1,5 м. Разработаны

Таблица 4.9

Физико-механические характеристики грунтов Западной Сибири

Удельный вес

Угол внутреннего

Сцепление

Вид грунта

Угрч Н/М

трения

 

Па

Суглинок

2,0 -104

(Ргт ГраД

 

2,68-104

24

 

желтовато-серый

 

 

 

 

с пятнами

 

 

 

 

ожелезнения

 

 

 

 

Суглинок серый

1,89-104

30

 

1,129-Ю4

тугопластичный с

 

 

 

 

гнездами рыхлого

 

 

 

 

песка

 

 

 

 

Супесь серая

1,97-104

39

 

0.25-104

влажная

 

 

 

 

Суглинок легкий

1,9-104

36

 

0,375-104

текучий

 

 

 

 

Песок мелкий

2,12-104

28

 

0,2-104

водонасыщенный

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.10

Технические параметры винтовых анкеров

Диаметр лопасти анкера,

Рекомендуемые

 

Предельное

м

диаметры трубопровода,

сопротивление анкера,

0,2

 

мм

 

Н

273-530

 

1,38-104

0,3

426-820

 

3,0-104

0,4

720-1020

 

5,3-104

0,45

1020-1220

 

-

0,5

1220-1420

 

8,3-104

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.

1

2

3

4

Анкер в сложенном состоянии

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).

 

 

 

 

Таблица 4.11

 

Технические параметры анкеров АР

 

Модификация

Площадь Ft, м2

Предельное экспериментальное сопротивление, кН

анкера

 

грунта группы I

грунт группы 11

грунт группы III

АР-401

1,0

250

.420

530

АР-401-2Л

0,5

120

210

310

АР-401-2Л-У

1,0

240

400

600

АР-401-2Л-УМ

0,98

200

350

520

АР-403

1.0

200

350

520

АР-403-Д

1.0

210

360

540

АР-403-М

1,0

220

380

570

АР-403-АМ

0,5

140

240

360

АР-403-А

0,5

120

210

310

Таблица 4.12

Технические параметры анкеров АВ

Диаметр трубопровода,

Модификация анкера

Предельное

мм

АВ

экспериментальное

До 426

Цилиндрический АВ-1

сопротивление, Н

(0,6-1.8)

104

426-530

С ершом из прутьев АВ-П

(2,4-5,4)

104

530-820

С поворотной лопастью АВ-Ш

(2,6-7.3)

104

Рис.4.24. Способ балластировки трубопровода анкер-инъекторами:

1 - инъектируемый вяжущий продукт “ корень анкера” ; 2 - трубопровод; 3 - силовой пояс; 4 - защитный коврик и футсровочный мат; 5 - штуцер для подачи вяжущего; 6 -

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

Соседние файлы в папке книги