8.2 Особливість роботи трубопроводів в ґрунтах із низькою несучою здатністю

Будівництво трубопроводів на ґрунтах із низькою несучою здатністю надзвичайно складне і потребує використання спеціальних технологічних схем, а також спеціальної будівельної техніки.

Однак не тільки цю обставину необхідно враховувати при прокладанні трубопроводу, а також поведінку його після введення в експлуатацію. Як показав досвід експлуатації, особливо на болотах, заводнених та ґрунтах із низькою несучою здатністю проходять різного роду несправності, пов’язані зі зміною початкового стану трубопроводу.

До основних видів зміни початкового розрахункового стану (відхилення від норми), що характерні для будівельного й експлуатаційного періодів наступні: відхилення при будівництві – глибина закладання; метод закріплення; положення трубопроводу в плані; відхилення при експлуатації – всплиття; занурення; викривлення трубопроводу в плані; просторове викривлення трубопроводу.

Зміна глибини закладання труб може бути рівномірна по довжині і нерівномірна. Рівномірне збільшення глибини може проходити, коли в період будівництва встановлено, що на глибині (0,5-1) м нижче проектної глибини, знаходиться щільний корінний ґрунт. А рівномірне зменшення проектної глибини може привести до поступового оголення трубопроводу по всій довжині дільниці.

Особливо несприятливо впливає нерівномірна зміна глибини закладання трубопроводу, в даному випадку трубопровід викривлюється по хвилеподібній кривій. Крім того, в стінках трубопроводу виникають повздовжні сили від внутрішнього тиску та перепаду температури, які ще більше його викривлюють, а в деяких випадках трубопровід виходить на поверхню. Це все приводить до утворення дільниці трубопроводу із стрілкою прогину f, величина якої визначається за формулою

, (8.1)

де q_тр – повна погонна вага трубопроводу, саме вага одного метра труби облаштованого додатковими привантажувачами, продукту, що транспортується та тиску ґрунту, який знаходиться над трубопроводом без врахування виштовхуючої сили води;

l – довжина викривленої дільниці трубопроводу;

f₀ – початкова стрілка прогину трубопроводу, яка утворилась внаслідок неточності ведення будівельних робіт;

N_кр - критична стискуюча сила, рівна

, (8.2)

N – поздовжня сила, що виникла в стінках трубопроводу від дії внутрішнього тиску та температурного перепаду, рівна

N = (_t Е t + 0,2 _кц )F, (8.3)

_кц - кільцеві напруження від дії внутрішнього тиску, рівні

; (8.4)

n_р – коефіцієнт надійності по тиску;

Р – внутрішній тиск в трубопроводі;

 – товщина стінки трубопроводу.

Другим фактором, що впливає на початковий розрахунковий стан трубопроводу, є спосіб закріплення труб в болотистих ґрунтах. На трубопровід, що розміщений в водонасичених болотистих ґрунтах діють наступні сили (рис.8.2).

Рисунок 8.2 – Схема сил, що діють на трубопровід, розміщений в водонасиченому ґрунті

Виштовхуюча сила Р_А , рівна

P_A = _гр V_тр, (8.5)

де _гр – питома вага водонасиченого ґрунту;

V_тр – об’єм одиниці довжини трубопроводу

Підйомна сила Р_р зумовлена дією поздовжньої сили на викривленій дільниці трубопроводу в вертикальній площині. Якщо трубопровід укладений горизонтально, то Р_р = 0, а на випуклих дільницях Р_р  0 і є функцією від

Р_р = f (Р_тр). (8.6)

Вага труби із продуктом Р_тр, рівна

Р_тр = (q_м + q_прод + q _iз). (8.7)

Стійке положення трубопроводу буде забезпечене , якщо буде виконуватись наступна умова, що

Р_тр >P_A+ P_p . (8.8)

В даному випадку додаткове привантаження необхідне для компенсації повздовжньої сили на викривленій дільниці при заданому збільшенні початкової стрілки прогину f=f– f₀ розраховується за формулою

(8.9)