Опора для крепления трубопровода
Полезная модель относится к строительству трубопроводного транспорта и может быть использована при сооружении надземных магистральных трубопроводов в случае прокладки их в районе распространения вечномерзлых грунтов. Оголовок цилиндрической сваи опоры для крепления трубопровода скреплен с ростверком, снабженным ложементом для трубопровода. Свая размещается в растепленнном цилиндре мерзлого грунта, при этом растепленный цилиндр грунта выполнен, с одним и более расположенными на расстоянии друг от друга уширениями. Свая снабжена, одним и более расположенными на расстоянии друг от друга и закрепленными на свае дисками, которые располагаются выше указанных уширений, при этом расстояние от верхнего из указанных дисков до уровня дневной поверхности превышает расчетную глубину сезонного растепления грунтов. Для улучшения физико-механических свойств опоры в состав растепленного цилиндра грунта добавляется карьерный грунт, предпочтительно песчаный.
Полезная модель относится к строительству трубопроводного транспорта и может быть использована при сооружении надземных магистральных трубопроводов в случае прокладки их в районе распространения вечномерзлых грунтов.
Магистральные трубопроводы проходят в разных географических зонах, различающихся рельефом, климатическими особенностями, наличием естественных и искусственных препятствий. Все это требует абсолютной надежности конструкций таких ответственных сооружений, как магистральные трубопроводы, обеспечения их длительной и безаварийной эксплуатации. С вопросами надежности связаны условия эксплуатации магистральных трубопроводов, вытекающие из характера местности, наличия естественных и искусственных преград и технологических особенностей работы.
Задача эта усугубляется условиями строительства трубопроводных магистралей в районах Севера, а также с возрастанием диаметров магистральных трубопроводов и рабочих давлений в них.
Из уровня техники известно, что в условиях распространения сильнольдистых, пучинистых при оттаивании грунтов предпочтительна надземная прокладка магистральных трубопроводов, располагаемых на опорах различной конструкции.
Близким решением к заявленному является известна опора, которая содержит стойку, блоки и огибающий их, соединенный с грузами, трос для создания воздействующего на трубопровод усилия. Опора снабжена закрепленным в грунте полым основанием, в котором с противоположных сторон выполнены продольные пазы, а стойка поддерживает трубопровода и
размещена в полости основания с возможностью продольного возвратно-поступательного перемещения. Несущие подвижные блоки кронштейны размещены в пазах основания, на котором над продольными пазами закреплены несущие неподвижные блоки кронштейны. Грузы соединены с тросами, каждый из которых последовательно огибает соответствующие неподвижный и подвижный блоки, а концы тросов закреплены на основании над продольными пазами. При вертикальном перемещении трубопровода или грунта с основанием опоры грузы совместно с тросами и блоками обеспечивают воздействующее на трубопровод усилие, постоянное для всего диапазона перемещений трубопровода или грунта. Известное решение обеспечивает контроль над эксплуатационными перемещениями трубопровода с учетом сезонных изменений грунта (см. RU 2211981 С1, 10.09.2003).
Недостатком известного устройства является его сложность и ненадежность в условиях низких температур из-за возможности смерзания подвижных частей опоры. Кроме того, известно, что в условиях низких температур Севера грузовые тросы теряют гибкость и не проходят через блоки (см. «Механизация свайных работ в зимних условиях», Ленинград, Стройиздат, Л.О., 1987, стр.16).
Наиболее простыми в конструктивном выполнении являются опоры и фундаменты свайного типа. Так известны бурозабивные опоры, используемые при строительстве на пластично-мерзлых грунтах в районах Воркуты, Магадана, Норильска, когда опора-свая погружается забивкой в лидерную скважину, имеющую диаметр меньше, чем поперечный размер сваи. После погружения опоры-сваи на проектную глубину и контроля качества и точности ее погружения срезают оголовок сваи и устраивают ростверк (см. «Механизация свайных работ в зимних условиях», Ленинград, Стройиздат, Л.О., 1987, стр.99, 111, 112, 155). Известное решение принято в качестве наиболее близкого к заявленной полезной модели.
Недостатком известного решения является необходимость применения дорогостоящей буровой техники, выполненной в северном варианте исполнения, а также ограничение его области использования - применимо в пластично-мерзлых грунтах, содержащих крупнообломочные включения не более 20%.
Кроме того, если опоры-сваи погружают в зимнее и весеннее время (декабрь-май), верхнюю часть скважины в твердомерзлых грунтах следует пройти диаметром, превышающим диагональ поперечного сечения опоры-сваи. При наличии в грунтах твердых включений принимают минимальную скорость вращения буровой штанги. Если рабочий орган встречает твердые включения, появляются биение буровой штанги и вибрация станка. В этом случае, чтобы не сломать зубки рабочего органа, уменьшают давление на штангу, а при встрече с валуном ее снижают до минимальной. Разработку и удаление грунта производят шнеком, режущие кромки которого обваривают твердым сплавом или оснащают специальными зубками.
При использовании бурозабивной опоры-сваи следует увеличить глубину лидерной скважины, поскольку при забивании опоры-сваи часть грунта стенок скважины осыпается на ее дно и возможно не будет обеспечено погружение опоры-сваи на проектную глубину.
При забивании опоры-сваи в скважину происходит истирание наружной поверхности опоры-сваи, ее коррозионная стойкость в условиях мерзлых и сезонноталых грунтов резко снижается. Кроме того, при использовании буро-забивных свай невозможно исключить воздействие на сваи сил пучения мерзлых грунтов при смерзании сезонноталых грунтов.
Задачей, решаемаемой полезной моделью (далее по тексту ПМ), является создание опоры-сваи для надземной прокладки магистрального трубопровода в условиях распространения твердомерзлых грунтов, сокращение ее проектной длины за счет совместной работы опоры-сваи и растепленного цилиндра грунта после его морозного твердения и смерзания с
опускной опорой-сваей, при этом увеличение сопротивления сдвигу по границе с нерастепленным грунтом обеспечивается созданием уширений на растепленном цилиндре грунта.
Указанная задача решается тем, что у опоры для крепления трубопровода, оголовок цилиндрической сваи скреплен с ростверком, снабженным ложементом для трубопровода, свая размещается в растепленнном цилиндре мерзлого грунта, при этом растепленный цилиндр грунта выполнен, с одним или более расположенными на расстоянии друг от друга уширениями, свая снабжена, по крайней мере, одним или более расположенными на расстоянии друг от друга и закрепленными на свае дисками, которые располагаются выше указанных уширений, при этом расстояние от верхнего из указанных дисков до уровня дневной поверхности превышает не менее чем на 2 м расчетную глубину сезонного растепления грунтов.
Скважина для размещения в ней опускной сваи образована погружением в мерзлый грунт тепловыделяющего элемента. Цилиндрическая свая, закрепляется последующим морозным твердением растепленного грунта, а для увеличения сопротивления сдвигу по границе растепленного цилиндра грунта после его морозного твердения с нерастепленным грунтом, растепленный цилиндр грунта выполнен, по крайней мере, с двумя расположенными на расстоянии друг от друга уширениями.
Кроме того, при использовании заявленного решения всегда существует возможность улучшения физико-механических характеристик опоры добавлением минерального грунта в растепленных цилиндр, что улучшает его сцепление при морозном твердении с вмещающим вечномерзлым грунтом.
ПМ иллюстрируется графическим материалом, где на фиг.1 избражена опускная опора-свая в скважине, образованной растеплением грунта, а на фиг.2 изображены конструкции наконечников паровой иглы для оттаивания мерзлого грунта.
В зависимости от типа грунта паровые иглы могут оснащаться наконечниками трех разных типов: нормального, рыхлительного и скоростного (см. фиг.2). Их различие состоит в количестве и направленности отдельных отверстий для пара в наконечнике.
В низкотемпературных супесях, суглинках или глинах применяются паровые иглы с наконечниками нормального типа.
В песчаных грунтах проходка скважин ведется иглами с наконечниками рыхлительного типа. Скоростные наконечники применяют при проходке скважин в мерзлых пылевато-илистых и торфяных грунтах, то есть там, где задержки в проходке скважин могут привести к их оплыванию.
Игловой тепловыделяющий элемент с головкой стандартного типа (фиг.2а), рыхлительного (фиг.2б) или скоростного типа (фиг.2в) погружают в мерзлый грунт 1. Погружение в мерзлый грунт 1 иглового тепловыделяющего элемента обеспечивает за счет выделяемого тепла образование растепленного грунтового цилиндра 2. Погружение тепловыделяющего элемента ведут с остановками по длине цилиндра 2. В результате в мерзлом грунте образуются уширения 3. Практически получают цилиндр диаметром 0,1-0,3 м, а его уширения диаметром 0,3-0,5 м, при этом расстояние между уширениями следует назначать не менее 0,5 м.
В донной части 4 цилиндра 2 погружение тепловыделяющего элемента осуществляют также с меньшей скоростью, благодаря чему получают условный диаметр донной части 4 больше диаметра растепленного грунтового цилиндра 2.
После извлечения тепловыделяющего элемента в растепленный грунт погружают опору-сваю 5 с дисками 6, в результате морозного твердения растепленного грунта осуществляется закрепление в нем опоры-сваи 5, при этом расстояние от верхнего из указанных дисков 6 до уровня дневной поверхности превышает расчетную глубину сезонного растепления грунтов 7, предпочтительно не менее на два метра.
При необходимости, обусловленной льдистостью ВМГ, для улучшения физико-механических характеристик опоры добавляют минеральный карьерный грунт, лучше песчаный, в растепленный цилиндр, что улучшает его сцепление при морозном твердении с вмещающим вечномерзлым грунтом.
В качестве иглового теплоносителя используют исходящую из иглы высокотемпературную парогазовую струю высокого давления, например, диаметр струи 18-25 мм, температура 150-200°С, давление 10-15 атм, которая одновременно с грунторазрушающим растеплением грунтового цилиндра 2 и образованием уширений 3 производит барботирование водно-грунтовой смеси пульпы. При этом регулированием режимов растепления по температуре, давлению пара и продолжительности воздействия (5-10 мин) создают условия для выпадения из пульпы крупной тяжелой фракции в осадок до начала смерзания грунта. После извлечения иглового тепловыделяющего элемента из грунта немедленно погружают в растепленный цилиндр 2 опору-сваю 5 с дисками 6,
До смерзания растепленного грунта обеспечивается образование в донной части 4 слоя 8 из крупных тяжелых фракций грунта, В средней части растепленного грунтового цилиндра 2 образуется слой 9 из средних и мелких фракций грунта. Подготовленные заранее сваи с нанесенным антикоррозионным покрытием и покрытием против пучения опускают на заданную глубину с фиксацией ее высотного положения, например, ростверком, при этом не требуется срезания оголовка сваи, как при буро-забивном способе установки свай.
После закрепления опоры-сваи в грунте на ростверке закрепляют ложементом для размещения и закрепления на нем трубопровода. Возможно предварительное закрепление на ростверке ложемента для размещения трубопровода.
Таким образом, благодаря ведению работ по растеплению грунта с остановками или с замедлением обеспечивают создание уширений. Это повышает после смерзания растепленного грунта его сопротивление сдвигу, а благодаря нарушению связей между частицами грунта и созданию условий для выпадения тяжелой фракции в осадок до смерзания грунта обеспечивается увеличение сопротивления сжатию грунта в донной части, что также способствует повышению несущей способности опоры-сваи.
Данная полезная модель может быть использована при строительстве зданий и сооружений промышленных объектов, возводимых на свайных фундаментах в районах распространения мерзлых грунтов.
1. Опора для крепления трубопровода, в которой оголовок сваи скреплен с ростверком, снабженным ложементом для трубопровода, свая размещается в растепленнном цилиндре мерзлого грунта, при этом растепленный цилиндр грунта выполнен, с одним и более расположенными на расстоянии друг от друга уширениями, свая снабжена одним и более расположенными на расстоянии друг от друга и закрепленными на свае дисками, которые располагаются выше указанных уширений, при этом расстояние от верхнего из указанных дисков до уровня дневной поверхности превышает расчетную глубину сезонного растепления грунтов.
2. Опора по п.1, отличающаяся тем, что для улучшения ее физико-механических свойств в состав растепленного цилиндра грунта добавляется карьерный грунт, предпочтительно песчаный.
