9 Баластування трубопроводів на грунтах із ниЗьКою несучою здатністю
9.1 Схеми закріплення трубопроводу
Протидія силам виштовхування забезпечується різними методами. Принципово їх поділяють на три групи. В першій групі збільшення маси системи проходить за рахунок додаткових вантажів (привантажувачів) рис.9.1,а.
В другій групі опір деформаціям трубопроводу забезпечується за рахунок залучення ґрунту дна траншеї. Для цього трубопровід закріплюють за допомогою анкерів рис.9.1,б.
а - за допомогою додаткових вантажів; б - за допомогою анкерів
Рисунок 9.1 – Існуючі схеми закріплення трубопроводу на проектних відмітках
Маса анкерних пристроїв зазвичай в 50-100 разів менша сумарної маси баластуючих привантажувачів.
При дії виштовхуючої сили в мінеральному ґрунті, де закріплені анкери, виникає реакція протидії. Чим глибше занурений анкер, тим більша їх поверхня обпирання, тим більше значення маси ґрунту буде залучене в дану роботу.
До третьої групи необхідно віднести комбіновані методи, поєднуючи приєднання привантажувачів та залученням в роботу ґрунту. Пристрої третьої групи ще знаходяться на етапі патентного пошуку.
9.2 Класифікація привантажувачів для баластування трубопроводів
В основу класифікації додаткових вантажів для баластування та закріплення трубопроводів закладені функціональні вимоги приведенні в табл. 9.1.
Для пристроїв класу “А” відносяться привантажувачі, що встановлюються в суху траншею для суходільних дільниць. В період експлуатації магістральних трубопроводів можливе підняття рівня ґрунтових вод. На даний період трубопровід буде сприймати дію виштовхуючої сили, до яких сумуються вертикальні складові від дії повздовжньої сили із чинних навантажень.
Таблиця 9.1 - Класифікація привантажувачів для закріплення трубопроводу
Клас |
Символ
|
Призначення привантажувачів для магістральних трубопроводів |
|
при будівництві |
при експлуатації |
||
А |
|
Забезпечує стійкість привантажувачі при встановленні на трубо-провід в суху траншею |
Протидіяти випучуванню трубопроводу |
В |
|
Забезпечує можли-вість монтажу приван-тажувачів на плава-ючий в траншеї трубо-провід і стійкість при-вантажувачів при зану-ренні трубопроводу в заводнену траншею |
Протидіяти всплиттю трубопроводу в умовах переміщення трубопроводу |
С |
|
Утримувати при протягуванні трубопроводу вздовж траншеї |
Забезпечувати утримування трубопроводу в відкритій заводненій траншеї |
Однак, є дільниці, де трубопровід недостатньо защемлений, внаслідок чого виникають бокові переміщення. Як правило, це характерно для заводнених і заболочених дільниць за компресорними станціями, які отримали назву “горячих”.
Якщо вантажі не відповідають класу “В”, проходить їх перекидання і трубопровід звільняється від баласту та вспливає.
Однією із причин перекидання сідлоподібних привантажувачів при переміщеннях трубопроводу є недостатня величина сили тертя в зоні контакту.
Дослідним шляхом встановлено, що коефіцієнт тертя між килимком виготовленого з бризолу та ізоляційним покриттям становить fтр=0,9 , а між бризолом та сухою бетонною поверхнею f=0,8. А при замочуванні поверхонь, що труться, коефіцієнт тертя різко зменшується.
Для привантажувачів класу “В” область використання набагато ширша. Вони повинні зберігати стійкість при дії зовнішніх бічних сил. Конструктивно це досягається двома шляхами:
можливим пониженням центру ваги, інколи нижче геометричного центру ваги відповідно трубопроводу;
розподіленням маси вантажу на дві частини, не жорстко зв’язаних між собою.
Реалізація першого напрямку пов’язана з втратою ефективної ваги. Чим нижче центр ваги баластуючого пристрою, тим не ефективніше використовується його маса, так як збільшується доля баласту в заводненій зоні.
Реалізація другого напрямку потребує ускладнення при виготовленні, транспортуванні і монтажі привантажувачів. Так як дві частини привантажувачів в основному з’єднуються металевими поясами.
Таким чином, підвищення вимог до конструкцій приводить до збільшення витрат як матеріальних, так і трудових, в порівнянні з конструкціями, що забезпечують мінімальні функціональні вимоги.
Можливі також і нетрадиційні шляхи вирішення задачі – забезпечення стійкості привантажувачів при всплитті та переміщеннях без ускладнення технології виготовлення, транспортування і монтажу в порівнянні із привантажувачами класу “А”. До числа таких нетрадиційних рішень відносяться клиноподібні привантажувачіі.
Особливість конструкції клиноподібного привантажу-вача полягає в тому, що опорні зони віднесені симетрично відносно повздовжньої вертикальної площини. Це досягається утворенням паз між привантажувачем і верхньою частиною труби (рис.9.2).
Момент, що створюється за рахунок сил тертя в зонах контакту, перешкоджає бічному перекиданню.
Рисунок 9.2 - Клиноподібний привантажувач
Існує деякий кут розходження опорних поверхонь , при якому досягається найбільша стійкість клиноподібного привантажувача.