
книги / Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов
..pdfДля 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).
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