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. В опоре для крепления трубопровода оголовок цилиндрического ствола скреплен с ростверком, снабженным ложементом для трубопровода, а для увеличения несущей способности опоры в вечномерзлом грунте ее ствол снабжен, по крайней мере, двумя расположенными на расстоянии друг от друга и закрепленными на нем дисками, при этом расстояние между дисками определяется по заданной математической зависимости. Для улучшения физико-механических свойств опоры в состав растепленного цилиндра грунта добавляется карьерный грунт, предпочтительно песчаный. Повышает несущую способность опоры.
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.
Из уровня техники известно, что в условиях распространения сильнольдистых, пучинистых при оттаивании грунтов предпочтительна надземная прокладка магистральных трубопроводов, располагаемых на опорах различной конструкции. Например, известна опора, обеспечивающая контроль за 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.
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 в 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. Бадьин Г.М. «Механизация свайных работ в зимних условиях», Ленинград, Стройиздат, Л.О., 1987, стр.99, 111, 112, 155). Данное решение принято в качестве наиболее близкого к заявленной полезной модели (далее ПМ).
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%.
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 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. Известно, что несущая способность сваи, погруженной в ВМГ на глубину 6 м и снабженной металлическим диском с диаметром 1,5 м повышается и достигает 4000 кН.
Указанная задача решается тем, что у опоры для крепления трубопровода, оголовок цилиндрического ствола скреплен с ростверком, снабженным ложементом для трубопровода, ствол размещается в растепленнном цилиндре мерзлого грунта, для увеличения несущей способности опоры в вечномерзлом грунте ствол снабжен, по крайней мере, двумя расположенными на расстоянии друг от друга и закрепленными на нем дисками, при этом расстояние между дисками определено из условия
где h - расстояние между дисками;
D - диаметр диска;
d - диаметр ствола;
m=D/d;
R - расчетное давление на мерзлый грунт на уровне нижнего диска;
R CД - расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу по грунту или грунтовому раствору в середине промежутка между смежными дисками;
RCM - расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания ствола в середине промежутка между смежными дисками. При этом расстояние от верхнего из указанных дисков до уровня дневной поверхности превышает расчетную глубину сезонного растепления грунтов не менее чем на 2 м расчетную глубину сезонного растепления грунтов.
Полезная модель поясняется графическим материалом, на котором изображен ствол с дисками, размещенный в предварительно растепленной скважине.
Опора состоит из ствола 1 с жестко прикрепленными дисками 2 и устанавливается в предварительно растепленной скважине 3, заполненной замерзающим грунтовым раствором 4. Расстояние между дисками назначается из условия h=0,25DR/(RСД -mRСМ), где h - расстояние между дисками; m=D/d; D - диаметр диска; d - диаметр ствола; R - расчетное давление на мерзлый грунт на уровне верхнего из двух смежных дисков; R CД - расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу по грунту или грунтовому раствору в середине промежутка между смежными дисками; RCM - расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания ствола в середине промежутка между смежными дисками.
Подготовленные заранее сваи - стволы 1 с дисками 2 и с нанесенным антикоррозионным покрытием, а также покрытием против пучения опускают на заданную глубину в скважину 3, заполненную предварительно растепленным грунтовым раствором 4, образованным при прогреве вечномерзлого грунта 5 с фиксацией 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 ложемент для размещения и закрепления на нем трубопровода. Возможно предварительное закрепление на ростверке ложемента для размещения трубопровода. Под действием внешней нагрузки диски 2 стремятся переместиться вниз. При этом под ними образуются уплотненные грунтовые ядра 6, создающие силы сопротивления перемещению опоры.
Оптимальное расстояние 2 между смежными дисками определяется из условия
где h - расстояние между дисками;
D - диаметр диска;
d - диаметр ствола;
m=D/d;
R - расчетное давление на мерзлый грунт на уровне верхнего из двух смежных дисков;
RCД - расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу по грунту или грунтовому раствору в середине промежутка между смежными дисками;
RCM - расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания ствола в середине промежутка между смежными дисками.
При этом расстояние от верхнего из указанных дисков до уровня дневной поверхности превышает расчетную глубину сезонного растепления грунтов не менее чем на 2 м расчетную глубину сезонного растепления грунтов 7.
При необходимости, обусловленной льдистостью ВМГ, для улучшения физико-механичесих характеристик опоры добавляют минеральный карьерный грунт, лучше песчаный, в растепленный цилиндр, что улучшает его сцепление при морозном твердении с вмещающим вечномерзлым грунтом. При величине "h", меньшей расчетной грунтовое ядро образуется не в полном объеме, несущая способность мерзлого грунта используется неполностью, при этом происходит сдвиг грунта только по боковой поверхности, проходящей через края диска, а величина сопротивления грунта нормальному давлению не используется. При этом несущая способность опоры уменьшается. При величине h, большей оптимальной, часть грунта между дисками не принимает участия в работе системы грунт-опора, что не позволяет полностью использовать несущую способность опоры.
Оттаивание грунта с целью погружения опускных свай может быть выполнено глубинными паровыми иглами по известной из уровня техники технологии (см. Бадьин Г.М. «Механизация свайных работ в зимних условиях», Ленинград, Стройиздат, Л.О., 1987, стр.125). В зависимости от типа грунта паровые иглы могут оснащаться наконечниками трех разных типов: нормального, рыхлительного и скоростного (рис.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, т.е. там, где задержки в проходке скважин могут привести к их оплыванию.
Таким образом, предложенная конструкция опоры позволяет максимально повысить ее несущую способность. 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 ее ствола скреплен с ростверком, снабженным ложементом для трубопровода, а для увеличения несущей способности опоры в вечномерзлом грунте ее ствол снабжен, по крайней мере, двумя расположенными на расстоянии друг от друга и закрепленными на нем дисками, при этом расстояние между дисками определено из условия
где H - расстояние между дисками;
m=D/d;
D - диаметр диска;
d - диаметр ствола;
R - расчетное давление на мерзлый грунт на уровне верхнего из двух смежных дисков;
Rсд - расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу по грунту или грунтовому раствору в середине промежутка между смежными дисками;
Rсм - расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания ствола в середине промежутка между смежными дисками, а 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.
