Закрепление трубопроводов от всплытия

Продольная устойчивость трубопроводов, про­кладываемых на болотах, обводненных и заболоченных участках трассы, обеспечивается различными средствами балластировки. Средства балла­стировки и закрепления трубопроводов выбирают с учетом гидро­геологических условий районов прохождения трассы и диаметра трубопровода. При этом необходимо учитывать схему прокладки трубопровода; прочностные и дефор­мационные свойства подстилающих грунтов; наличие горизонтальных и вертикальных углов поворота; методы и сезон производства строительно-монтажных работ; температурный режим эксплуата­ции трубопроводов. Закрепление трубопровода необходимо производить после укладки его на проектные отметки. Средства балластировки магистральных трубопроводов можно разделить на две основные группы:

К средствам балластировки первой группы относятся уст­ройства, воздействующие на трубопровод собственным весом:

1 – одиночные железобетонные грузы;

2 – групповая установка одиночных железобетонных грузов;

3 – одиночные чугунные грузы;

4 – минеральный грунт засыпки, обычно используется при повышенном заглублении трубопровода;

5 – закрепленные гидрофобизированные грунты;

6 – полимерно-контейнерные балластирующие устройства (ПКБУ), заполненные местным или привозным грунтом или щебнем;

7 – минеральный грунт в оболочке из нетканых синтетических материалов;

8 – сплошное обетонирование труб;

9 – анкерные плиты;

10 – комбинированные способы и др.

На подводных переходах через реки в основном используются чугунные кольцевые пригрузы.

На обводненных и заболоченных участках трассы наибольшее распространение получили одиночные железобетонные пригрузы.

В настоящее время используются следующие методы балласти­ровки:

1. Балластировка трубопроводов одиночными (чугунными, железобетоннымигрузами устанавливаемыми на трубу непосредственно на строитель­ной площадке (рисунок 11.4 и 11.5).

Рисунок 11.4 – Установка железобетонных пригрузов типа УБО

Рисунок 11.5 – Балластировка одиночными железобетонными седловидными пригрузами

 

2. Групповой метод установки грузов. Грузы укладывают один к другому, обеспечивая соответствие их общего числа требо­ванию проекта. Но следует учитывать, что максимальное число гру­зов в группе и расстояние между группами грузов связано с допу­скаемым прогибом трубопровода. Наибольший эффект достигают при монтаже группы грузов с одного места стоянки крана.

3. Обетонирование трубопроводов. В основном применяются трубы, заранее покрытые монолитным железобетоном в заводских или базовых условиях.

4. Полимерно-контейнерные балластировочные устрой­ства. Устройства применяются для балластировки трубопроводов, прокладываемых на обводненных, заболоченных и периодически затопляемых участках строительства с грунтами минерального ос­нования, применение которых в качестве группового заполнителя полостей ПКБУ позволяет создать необходимую балластирующую нагрузку на трубопровод. В качестве группового заполнителя поло­сти устройства можно использовать грунты в разрыхленном есте­ственно влажном состоянии плотностью более 1000 кг/м³.

5. Балластировка грунтом с использованием нетканых син­тетических материалов. Нетканые синтетические материалы (НСМ) получают из полиамидных нитей в процессе формообразо­вания их из расплава вторичного полиамида или из вторичной пе­реработки лавсана и капрона.

Для закрепления трубопровода в качестве пригрузки используют местный или привозной грунт. В зависимости от вида и состоя­ния грунта трубопровод балластируют сплошь по всей длине или перемычками. Длина перемычки 25-30 м. Применение НСМ по­зволяет фиксировать грунтовую балластировку над трубопрово­дом, вовлекать дополнительный объем грунта, заключенный между трубой и стенкой траншеи.

6. Балластировка трубопроводов с использованием закреп­ленных гидрофобизированных грунтов. В качестве пригруза как конструктивного элемента в виде балластных перемычек можно использовать нефтегрунт или минеральные грунты, улучшенные добавками вяжущих компонентов (тяжелых крекинг-остатков, нефтяных битумов и т. д.).

Балластировку с использованием закрепленных грунтов (рис. 11.6) можно применять на обводненных участках при подземном, наземном способах укладки трубопровода как в летнее, так и в зимнее время.

 

Рис 11.6 Балластировка закрепленным грунтом: 1 – закрепленный грунт; В – ширина траншеи, м; H – глубина траншеи, м; D _н – наружный диаметр трубопровода, м

 

Для закрепления и стабилизации строительных свойств грун­тов в условиях обводненной местности рекомендуется вяжущее для магистральных трубопроводов ВМТ-Л, выпускаемое по ТУ 0258-001-02080196-2000.

Приготовление вяжущегрунтовой смеси может осуществлять­ся различными способами; на бровке траншеи с использованием одноковшового экскаватора; на бровке траншеи с использованием траншеезасыпатсля; в базовых условиях с доставкой закрепленно­го грунта автосамосваламн и др.

Также для балластировки трубопроводов можно использовать нефтегрунт, приготовленный специально или образовавшийся в результате разлива нефти. При этом решается и другая важная задача – утилизация нефтегрунта с целью охраны окружающей среды.

Организация работ по балластировке трубопроводов перемыч­ками из закрепленных грунтов состоит из таких операций, как при­готовление, укладка и уплотнение грунтовой смеси. Различные схемы балластировки закрепленным грунтом пока­заны на рис. 11.7.

Рис. 11.7 – Схемы балластировки закрепленным грунтом: 1 – перемычка из закрепленного грунта; 2 – минеральный грунт; 3 – рекультивационный слой; 4 – сплошной слой закрепленного грунта; 5 – трубопровод.

 

7. Закрепление трубопровода анкерными плитами. Данный способ закрепления рекомендуется в обводненных и заболоченных грунтах, позволяет повысить надежность балластировки трубопро­вода путем размещения в приямках, отрываемых по обе стороны трубопровода в боковых стенках траншеи, анкерных плит. Анкер­ные плиты примыкают к трубопроводу в его горизонтальной диа­метральной плоскости. В зоне контура плит засыпку производят щебнем (так как трубопровод подвергается воздействию грунтовых и паводковых вод, а минеральный грунт может быть размыт). Затем траншея засыпается минеральным грунтом.

8. Балластировка трубопроводов минеральным грунтом. На участках трасс трубопроводов, периодически затапливаемых во­дой, на участках перспективного обводнения и на обводненных участ­ках балластировку трубопроводов можно осуществлять минеральным грунтом. Балластировка трубопроводов минеральным грунтом мо­жет быть применена в сочетании с утяжеляющими железобетон­ными грузами, анкерными устройствами и бетонированием трубо­провода.

Удерживающая способность минерального грунта рассчитыва­ется для наивысшего уровня стояния грунтовых и поверхностных вод (для нефте- и нефтепродуктопроводов – в период строитель­ства до момента заполнения трубопроводов продуктом или водой, для газопроводов – в период строительства и эксплуатации). Бал­ластировку трубопроводов минеральным грунтом можно выпол­нять как в летний, так и в зимний период. Обычно данный метод используется при повышенном заглублении трубопровода.

К средствам балластировки второй группы относятся анкер­ные устройства:

1– винтовые анкерные устройства (ВАУ) (рис. 11.8);

2 – раскрывающегося типа;

3 – выстреливаемые;

4 – взрывные;

5 – вмораживаемые;

6 – свайные консольного типа;

7 – якорные анкерные устройства;

8 – козловые анкерные устройства;

9 – ВАУ с повышенной удерживающей способностью;

10 – анкер-инъекторы и т. д.

Основными преимуществами анкерных устройств являются: быстрота и экономичность доставки; незначительный собственный вес по сравнению с развиваемой удерживающей силой; невысокая стоимость.

Анкерные устройства состоят в общем случае из анкеров, удерживающих трубопровод через силовой пояс. Анкер включает, как минимум, два элемента: анкерную тягу и анкерную головку, при по­мощи которой в работу против выдергивания тяги вовлекается грунт, лежащий над анкерной головкой.

Рис. 11.8 – Схема закрепления трубопровода винтовым анкерным устройством: 1 – силовой пояс; 2 – защитный коврик и футеровочный мат; 3 – трубопровод; 4 – тяга анкерная; 5 – винтовая лопасть

 

Обязательным условием применения анкерных устройств яв­ляется наличие плотного минерального грунта в рабочей зоне анкера.

В практике трубопроводного строительства наибольшее рас­пространение получили вмороженные анкерные устройства, при­меняющиеся при наличии вечномерзлых грунтов и ВАУ. Более ши­рокое применение ВАУ ограничивается из-за их невысокой надеж­ности. При потере устойчивости одного из анкеров в группе, рядом установленные анкеры под действием выталкивающей силы также теряют свою устойчивость по принципу «домино», т. е. один за дру­гим, и весь участок трубопровода всплывает на поверхность.

Для закрепления трубопровода на проектных отметках могут также использоваться анкер-инъекторы (рис. 11.9).

Рис. 11.9 – Способ балластировки трубопровода анкер-инъекторами: 1 – инъектируемый вяжущий продукт «корень анкера»; 2 – трубопровод; 3 – силовой пояс; 4 – защитный коврик и футеровочный мат; 5 – штуцер для подачи вяжущего; 6–корпус сменного оголовка; 7– штуцер для подачи вяжу­щего; 8 – траншея трубопровода; 9 – тяга анкера; 10 – минеральный грунт

 

Внедрение анкер-инъекторов производят на расчетную глуби­ну 4 – 8 м в зависимости от свойств грунта. После внедрения осуще­ствляют инъектирование вяжущего продукта в грунт через тяги ан­кера, перфорированные в нижней части. Вяжущий продукт закачи­вают через сменный разъемный оголовок.

В качестве закрепляющего вяжущего вещества могут быть использованы нефтяные битумы и мастики, цементные растворы, си­ликаты натрия, различные смолы и другие жидкие водонерастворимые быстротвердеющие вещества.

Закачиваемое через тягу анкера закрепляющее вяжущее веще­ство постепенно затвердевает и образует «корень» анкера, длина и диаметр которого определяют несущую способность анкерного устройства.

Соединение силовых поясов с анкерными тягами следует осуществлять путем их сварки или с помощью самозаклинивающихся устройств. Анкерную тягу приваривают к силовому поясу (силовой пояс – полосовая углеродистая или низколегированная сталь). Анкерные тяги и силовой пояс изолируются липкими полимерными лентами в два слоя.

Для повышения удерживающей способности винтовых анкер­ных устройств также можно закачивать закрепляющее вяжущее вещество через тягу анкера, представляющего собой перфориро­ванную трубу диаметром 57 – 76 мм. При этом происходит восста­новление структуры грунта, разрушенной винтовым наконечником анкерного устройства. После затвердевания вяжущего вещества водоустойчивость и удерживающая способность грунта значитель­но увеличиваются.

Балластировку трубопровода с помощью анкер-инъекторов и ВАУ с повышенной удерживающей способностью можно приме­нять на обводненных прямолинейных и криволинейных участках как в летнее, так и в зимнее время. Закрепление трубопроводов осуществляют на болотах с глубиной, равной глубине траншеи или меньше неё, и с подстилающими минеральными грунтами, обеспе­чивающими надежную работу анкеров, а также на пойменных и пе­риодически обводняемых участках.

Изоляция анкерных устройств должна выполняться в заводских условиях. В трассовых условиях необходимо осуществлять изоляцию участков соединения анкерных тяг с силовыми поясами.

При производстве работ по установке анкерных устройств на трубопроводе необходимо соблюдать следующие допуски:

- глубина установки анкеров в грунт менее проектной не допускается;

- увеличение расстояний между анкерными устройствами не допускается;

- возможно сокращение расстояний между указанными устройствами до 0,5м;

- относительные смещения анкеров между собой в устройстве не должны превышать 25 см;

- расстояния от трубы в свету до анкерной тяги не должны превышать 50 см.

Контроль за несущей способностью анкерных устройств необходимо осуществлять путем проведения контрольных выдергиваний. На трубопровод под утяжеляющие железобетонные грузы или анкерные устройства необходимо укладывать футеровочные маты или защитные обертки. Конструкция футеровочных матов или тип обертки устанавливается проектом.

Контрольные вопросы

1. Общая характеристика и классификация болот по условиям производства работ.

2. Подготовка трассы.

3. Разработка траншеи.

4. Укладка трубопровода в траншею.

5. Закрепление трубопровода от всплытия.