СП 107-34-96, часть 2

• часть 1
• часть 2
• часть 3

Процесс балластировки газопроводов грунтом с применением нетканых синтетических материалов включает вывозку, разгрузку и раскладку полотнищ вдоль траншеи, размотку и укладку в траншеи, закрепление уложенных полотнищ по краям траншеи, отсыпку балластного грунта, перекрытие балластного грунта и замыкание полотнищ из НСМ; отсыпку и формирование земляного валика.

4.8. Балластировка газопроводов закрепленным грунтом может производиться на обводненных прямолинейных и криволинейных участках при подземном способе прокладки. Балластировку газопроводов закрепленными грунтами следует производить на участках местности при условии отсутствия воды в траншее в процессе производства работ. Область применения этого метода ограничивается участками земель несельскохозяйственного назначения и бросовых земель. Экономическая целесообразность использования данного метода балластировки должна быть подтверждена технико-экономическими расчетами.

4.9. В качестве утяжелителя (рис. 19 а), как конструктивного элемента в виде элементов перемычек, используются минеральные грунты, закрепленные путем внесения в них вяжущих компонентов (например, тяжелых крекинг-остатков, битума и т.д.).

Такие грунтово-битумные смеси, полученные в результате проведения технической мелиорации, называют закрепленными грунтами.

4.10. В качестве средств закрепления и стабилизации строительных свойств грунтов в условиях обводненной местности рекомендуются использовать модификации тяжелых фракций продукта МТ-10, представляющего собой смесь зимнего и летнего базовых компонентов (смесь остатка термического крекинга и легкого газойля в соотношении 1:1 или 3:1) с 10 % строительного битума БН-90/10. Добавление битума увеличивает прочность и уменьшает водонасыщение закрепленных грунтов.

4.11. В зависимости от вида и состояния грунта рекомендуется применять два варианта метода балластировки газопроводов с использованием закрепленных минеральных грунтов, а именно:

• устройство перемычек из закрепленного грунта без использования армирующей сетки:

• устройство перемычек из закрепленного грунта с применением армирующей сетки.

4.12. Технологический процесс балластировки газопроводов перемычками из закрепленных минеральных грунтов состоит из следующих операций:

• приготовление грунтовой смеси с добавками (измельчение грунта и смешивание его с нефтебитумом);

• укладки приготовленной грунтовой смеси в траншею с уложенным в нее газопроводом;

• уплотнения грунтовой смеси.

4.13. При балластировке магистральных газопроводов больших диаметров с использованием закрепленного минерального грунта засыпки возможно его применение в сочетании с железобетонными утяжелителями типа УБО и УБО-М (рис. 19б), конструкции которых позволяют повышать величину их балластирующей способности; при этом утяжелители устанавливаются групповым методом.

4.14. При групповом методе установки утяжелители укладываются отдельными участками вплотную друг к другу; при этом общее их количество на 1 км газопровода должно соответствовать требованиям проекта.

4.15. При использовании комбинированных методов балластировки газопроводов в сочетании с минеральными грунтами засыпки следует применять утяжелители типа УБО и УБО-М, размещенные групповым методом, или винтовые анкерные устройства ВАУ-1.

Учет балластирующей способности грунта при групповой установке утяжелителей типа УБО и УБО-М позволяет снизить расход сборного железобетона до 30 % по сравнению с балластировкой газопровода одиночными утяжелителями. Утяжелитель УБО-М позволяет создать по длине газопровода замкнутый контур при групповой их установке.

4.16. С целью предотвращения выноса (вымывания) грунта из полости группы утяжелителей и обеспечения устойчивости гарантированного объема грунта над трубопроводом (в случае необходимости) концы групп утяжелителей следует замыкать седловидными или клиновидными утяжелителями типа 1-УБКм.

Применение изложенного в п. 4.15. настоящих СП метода балластировки газопроводов допускается при выполнении требований п. 4.3. в части погружения трубопровода в проектное положение.

4.17. Максимальное воздействие грунта засыпки траншеи на обеспечение устойчивости положения газопровода достигается при применении для балластировки утяжелителей типа УБГ, УБТ и УБО-ПМ, размещаемых на трубопроводе, как групповым методом, так и раздельно. Установка указанных утяжелителей возможна на уложенный в проектное положение трубопровод.

При этом допускается наличие воды в траншее не выше средней образующей трубопровода (а при использовании утяжелителей типа УБТ - не выше верхней образующей трубы).

4.18. Минеральные грунты засыпки, укладываемые в утяжелители и траншею при использовании комбинированных методов балластировки, должны отвечать требованиям, предъявленным к грунтам при укладке их в траншею в различные строительные периоды.

4.19. Одиночные заполняемые минеральным грунтом полимерконтейнеры требуют меньшего расхода геотекстильного синтетического материала по сравнению с использованием полотнищ из НСМ.

4.20. Полимерконтейнерное заполняемое минеральным грунтом балластирующее устройство ПКБУ (рис. 20) представляет собой два контейнера, размещенные по обе стороны трубопровода, выполненные из прочного и долговечного геотекстильного синтетического материала, соединенные четырьмя мягкими силовыми лентами и двумя металлическими распорными рамками.

Устанавливаются ПКБУ на газопроводах по одному через равные расстояния или групповым способом и могут быть использованы для балластировки газопроводов, прокладываемых в обводненной и заболоченной местности, а также на участках прогнозируемого обводнения.

Допускается применение ПКБУ на болотах I типа с мощностью торфяной залежки, не превышающей глубины траншеи, при использовании для их заполнения талого, привозного минерального грунта.

4.21. Одиночный заполняемый грунтом полимерконтейнер из технических тканей ПКР-Ф (рис. 21), формируемый непосредственно в траншее на уложенном в проектное положение газопроводе с помощью специального устройства, представляет собой утяжелитель седловидного типа и может быть применен на участках местности, указанных в п. 4.20. настоящего СП. Заполнение ПКР-Ф минеральным грунтом осуществляется одновременно с засыпкой траншеи.

4.22. Целесообразность использования одиночных полимерконтейнеров (ПКБУ и ПКР-Ф) для балластировки газопроводов должна быть подтверждена проведенными технико-экономическими расчетами.

5. Техника безопасности

5.1. При производстве работ по балластировке и закреплению газопроводов железобетонными утяжелителями, анкерными устройствами, минеральным грунтом в сочетании с различными конструкциями, включая НСМ и полимерконтейнеры, следует руководствоваться правилами техники безопасности, изложенными в СНиП III -4-80, правилами техники безопасности при строительстве магистральных стальных трубопроводов (1982 г.) и другими отраслевыми действующими нормативными документами.

5.2. Строительно-монтажные работы запрещается выполнять без утвержденного в установленном порядке проекта производства работ, который должен содержать раздел “Требования безопасности”, в котором должен быть предусмотрен комплекс организационных и технических мероприятий выполнение которых обеспечивает безопасность проведения работ.

5.3. К выполнению работ по балластировке и закреплению газопроводов могут быть допущены рабочие:

• прошедшие предварительный и периодический медицинские осмотры в сроки, установленные Минздравом Российской Федерации;

• достигшие возраста 18 лет и обученные безопасным методам труда и приемам ведения работ, прошедшие экзаменационную проверку знаний (и инструктаж) методов и приемов ведения работы, обеспеченные спецодеждой, спецобувью и защитными приспособлениями.

5.4. На месте производства работ необходимо иметь отапливаемый вагон-домик, а освещенность при работе в темное время не должна быть менее 25 лк.

5.5. Во избежание неблагоприятного воздействия статического электричества на рабочий персонал, применяемое оборудование должно быть заземлено, а рабочие места снабжены резиновыми ковриками.

5.6. В процессе работы по балластировке трубопроводов необходимо следить за надежностью стенок и бровки траншеи; при появлении трещин и сколов грунта, которые могут привести к обрушению бермы, следует немедленно прекратить работу и принять меры к недопущению развития таких явлений.

5.7. При проведении балластировочных работ в пределах призмы обрушения увлажненных грунтов не допускается движение тяжелых транспортных средств, а также складирование материалов.

ПРИЛОЖЕНИЕ I

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТОЙЧИВОСТИ БАЛЛАСТИРУЕМЫХ И ЗАКРЕПЛЯЕМЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

1. Общие положения

1.1. Настоящая методика расчета распространяется на магистральные и промысловые трубопроводы, прокладываемые на болотах, в обводненной и заболоченной местности и в вечномерзлых грунтах.

1.2. Проверку устойчивости положения (против всплытия) трубопроводов следует выполнять в соответствии с настоящим Приложением к Своду Правил.

1.3. Устойчивость положения трубопроводов, прокладываемых на обводненных участках трассы, следует проверять для отдельных участков в зависимости от конкретных условий строительства и эксплуатации.

1.4. Используемые в расчетах физико-механические и теплофизические характеристики грунтов определяются на основании результатов изысканий и прогнозирования изменения свойств грунтов в процессе строительства и эксплуатации.

1.5. Устойчивость положения участка трубопровода следует проверять по условию:

, (1.1)

где Q_akm - суммарная расчетная нагрузка на участок трубопровода, действующая вверх;

Q_nac - суммарная расчетная нагрузка, действующая вниз;

k _н.в - коэффициент надежности устойчивости положения трубопровода (против всплытия).

1.6. Суммарная расчетная нагрузка Q_akm должна включать в себя упругий отпор при прокладке трубопровода свободным изгибом.

1.7. Суммарная расчетная нагрузка Q_nac должна включать в себя собственный вес трубопровода.

1.8. Коэффициент надежности устойчивости положения трубопровода (против всплытия) следует принимать по табл. 1.1 в зависимости от характеристик участка трубопровода.

Таблица 1.1

1.9. Основные параметры устойчивости положения трубопроводов, определяемые в соответствии с данной методикой, базируются на расчете или весовых характеристик балластирующих конструкций, или несущей способности системы “анкерное устройство - грунт”. В методике считается, что все применяемые конструкции балластирующих и закрепляющих устройств безусловно удовлетворяют условиям собственной прочности и жесткости.

1.10. В данной методике не рассматриваются вопросы прочности, деформативности и общей устойчивости участков трубопроводов, подлежащих балластировке или закреплению. Необходимо отметить, что при поверочных расчетах сложных участков трубопроводов (как многократно статически неопределимых систем) на прочность и устойчивость требуется учитывать взаимодействие забалластированного трубопровода с грунтом и податливость анкерных устройств для закрепляемого анкерами трубопровода. При этом возможны случаи, когда интенсивность балластировки (для забалластированного трубопровода) и шаг анкеров (для трубопровода, закрепленного анкерами), определенные в соответствии с настоящим Приложением, могут оказаться недостаточными. В подобных случаях окончательное решение по балластировке или закреплению трубопровода должно приниматься проектной организацией в соответствии с результатами поверочных расчетов.

1.11. Все вычисления, выполняемые в соответствии с настоящей методикой, следует производить в единой системе единиц СИ (система интернациональная). Следует использовать основные единицы системы СИ: метр, килограмм, секунду, а производные единицы должны быть построены на указанных основных единицах. Такой подход исключает необходимость введения в используемые формулы размерных коэффициентов, а также потребность в указании размерностей в применяемых условных обозначениях.

2. Балластировка трубопровода отдельными грузами и сплошным обетонированием

2.1. При равномерной по длине балластировке одиночными утяжелителями или сплошным обетонированием участка трубопровода, укладываемого способом свободного изгиба, величина нормативной интенсивности балластировки - вес на воздухе - определяется из условия:

, (2.1)

где n_б - коэффициент надежности по нагрузке;

q_в - расчетная погонная выталкивающая сила воды;

q_uз - расчетная интенсивность нагрузки от упругого отпора при свободном изгибе трубопровода;

q_mp - расчетный погонный собственный вес трубопровода;

q _доп - расчетный погонный вес продукта;

g _б - нормативная плотность материала пригрузки;

g _в - плотность воды.

2.2. Коэффициент надежности по нагрузке n_б принимается равным:

• 0,9 - для железобетонных утяжелителей и сплошного обетонирования;

• 1,0 - для чугунных утяжелителей.

2.3. Расчетная погонная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод, должна определяться по формуле:

, (2.2)

где g - ускорение свободного падения;

g _в - плотность воды с учетом растворенных в ней солей;

D _н.и - наружный диаметр трубопровода с учетом изоляционного покрытия и футеровки.

При проектировании трубопроводов на участках переходов, сложенных грунтами, которые могут перейти в жидкопластичное состояние, вместо плотности воды следует принимать плотность разжиженного грунта, определяемую по данным изысканий.

2.4. Расчетную интенсивность нагрузки от упругого отпора при свободном изгибе трубопровода следует определять по формулам:

• для выпуклых кривых:

; (2.3)

• для вогнутых кривых:

, (2.4)

где е_о - модуль упругости стали;

I - момент инерции сечения трубопровода;

b - угол поворота оси трубопровода;

r - минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода.

2.5. Расчетный погонный собственный вес трубопровода определяется по формуле:

, (2.5)

где g _ст - плотность стали;

D _н - наружный диаметр сечения трубы;

D _вн = D _н - 2 d - внутренний диаметр сечения трубы;

d - номинальная толщина стенки трубы.

2.6. Расчетный погонный вес продукта q_доп для газопроводов не учитывается., а для нефтепроводов и нефтепродуктопроводов учитывается только в случае, если при эксплуатации исключается возможность их опорожнения и замещения продукта воздухом. При учете веса продукта должна применяться формула:

, (2.6)

где g _пр - плотность перекачиваемого продукта;

D_вн - внутренний диаметр сечения трубопровода.

2.7. При сплошном обетонировании трубопровода требуемую минимальную толщину слоя бетона h_б следует определять по формуле:

, (2.7)

где - нормативная интенсивность балластировки, определенная ранее по формуле (2.1);

g _б - нормативная плотность бетона;

D_{н.и .} - наружный диаметр трубопровода с учетом слоя изоляции.

Полученную по формуле (2.7) толщину слоя бетона следует округлить в большую сторону с точностью до 0,005 м.

2.8. При балластировке трубопровода отдельными утяжелителями шаг утяжелителей L при их равномерной расстановке (расстояние между осями утяжелителей) следует определять по формуле:

, (2.8)

где Q^н - нормативный вес одного утяжелителя;

- нормативная интенсивность балластировки, определенная ранее по формуле (2.1).

2.9. Учет балластирующего воздействия минеральных грунтов засыпки (до дневной поверхности), используемых для балластировки газопроводов в сочетании с утяжелителями различных конструкций при групповом способе их размещения, решается проектной организацией, исходя из конкретных грунтовых условий и сезона выполнения строительно-монтажных работ.

3. Закрепление трубопровода анкерными устройствами в талых грунтах

3.1. В талых грунтах закрепление трубопроводов возможно винтовыми анкерами и свайными анкерами раскрывающегося типа.

3.2. Расчетную несущую способность одного анкерного устройства B_d следует определять по формуле:

B_d = zm _а Р_а , (3.1)

где z - количество анкеров в одном анкерном устройстве;

т_а - коэффициент условий работы анкерного устройства;

Р_а - расчетная несущая способность анкера.

3.3. Коэффициент условий работы анкерного устройства т_а зависит от количества анкеров z и соотношения между диаметром трубопровода D _н и максимальным линейным размером габарита проекции одного анкера на горизонтальную плоскость D _анк :

1) При z = 1

или

z = 2 и (D_н / D_aнк ) > 3:

т_а = 1;

2) При z ³ 2 и 1 £ (D_н / D_aнк ) £ 3:

. (3.3)

При двух лопастях в анкерах раскрывающегося типа в качестве D _анк следует принимать максимальный линейный размер большей по диаметру лопасти анкера.

3.4. Расчетная несущая способность анкера Р_а зависит от несущей способности грунта основания и определяется из условия:

, (3.4)

где F_d - несущая способность анкера;

g _k - коэффициент надежности анкера.

3.5. Несущая способность анкера F_d определяется расчетом или по результатам полевых испытаний статической нагрузкой согласно СНиП 2.02.03-85 “Свайные фундаменты”.

3.6. Коэффициент надежности анкера g _k принимается равным:

• 1,40 - если несущая способность анкера определена расчетом;

• 1,25 - если несущая способность анкера определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой.

3.7. Несущая способность анкера, определяемая расчетом, зависит от глубины погружения анкера.

В случае, если глубина заложения верхней лопасти анкера от уровня дна траншеи составляет от 6 до 8 ее диаметров, то несущую способность анкера следует определять по формуле:

, (3.5)

где i - номер лопасти анкера;

n - число лопастей по высоте анкера;

g _c.i - коэффициент условий работы i -ой лопасти анкера;

a _{1 .i} , a _2.i - безразмерные коэффициенты;

c_1.i - расчетное удельное сцепление пылевато-глинистого или параметр линейности песчаного грунта в рабочей зоне i -ой лопасти анкера;

g _1.i - осредненное расчетное значение удельного веса грунта;

h_1.i - глубина залегания i -ой лопасти анкера от дна траншеи.

А _i - площадь i -ой лопасти анкера.

3.8. Число лопастей анкера принимается равным:

• п = 1- для винтовых анкеров;

• п = 2- для раскрывающихся анкеров.

3.9. Коэффициент условий работы анкера g _c.i принимается в зависимости от грунта равным:

Глины и суглинки:

• твердые, полутвердые, тугопластичные и мягкопластичные ... 0,7

• текучепластичные ............................................................……..... 0,6

Пески и супеси:

• пески маловлажные и супеси твердые ........................……........ 0,7

• пески влажные и супеси пластичные ...........................……....... 0,6

• пески водонасыщенные и супеси текучие .................…............. 0,5

3.10. Безразмерные коэффициенты a _{1 .i} , a _2.i зависят от расчетного угла внутреннего трения грунта j _1.i в рабочей зоне (под рабочей зоной понимается прилегающий к лопасти слой грунта толщиной, равной D _днк ) в соответствии с табл. 3.1.

3.11. Усредненное расчетное значение удельного веса грунта g _1.i находится с учетом взвешивающего действия воды по формуле:

, (3.6)

где g _s.i - удельный вес частиц грунта;

g _w.i - удельный вес воды;

e_i - коэффициент пористости грунта.

Таблица 3.1

Примечания:

• Характеристики грунтов, указанные в табл. 3.1, относятся к грунтам, залегающим над лопастью анкера.

• Расчетные значения угла внутреннего трения и сцепления грунта основания следует определять по указаниям СНиП 2.02.01-83 “Основания зданий и сооружений”.

• При промежуточных значениях угла внутреннего трения грунта, не указанных в табл. 3.1, значения коэффициентов a _{1 .i} , a _2.i следует определять линейной интерполяцией.

3.12. При глубинах погружения анкера, меньше указанных в п. 3.7, следует применять только однолопастные анкеры. В этом случае несущую способность анкера следует определять по формуле:

F_d = g _c (g ₁ V_bf + c₁ A_bf cosj ₁ ), (3.7)

где V_bf - объем тела выпирания в форме усеченной пирамиды;

A_bf - площадь боковой поверхности усеченной пирамиды.

3.13. Для анкеров с круглой лопастью входящие в формулу (3.7) составляющие следует определять по формулам:

; (3.8)

, (3.9)

где . (3.10)

3.14. Расстояние между осями анкерных устройств (шаг анкерных устройств) L_a должно удовлетворять условию:

, (3.11)

где B_d - расчетная несущая способность анкерного устройства;

В - требуемое расчетное усилие анкерного устройства, приходящееся на единицу длины трубопровода, и определяемое по формуле:

В = k _н.в + q_из – q_mp – q _доп , (3.12)

в которой все условные обозначения указаны в п. 2.1.

4. Закрепление трубопровода с помощью дисковых, винтовых и стержневых вмораживаемых анкеров в вечномерзлых грунтах

4.1. Приведенная в данном разделе методика определения несущей способности дисковых, винтовых и стержневых вмораживаемых анкеров распространяется на анкеры указанных конструкций, находящиеся в грунтах с засоленностью более 0,1 %, в мерзлых грунтах с льдистостью более 0,4 и в биогенных грунтах.

4.2. Расчетная несущая способность анкерного устройства, состоящего из двух вмораживаемых дисковых, винтовых или стержневых анкеров, определяется по формуле (3.1), в которой следует принять:

z = 2;

m _а = 1,0,

а расчетная несущая способность анкера определяется по формуле (3.4). Значения коэффициента надежности анкера в формуле (3.4) следует принимать в соответствии с п. 3.6.

4.3. Несущую способность вмораживаемого дискового, винтового или стержневого анкера F_d следует определять расчетом или на основании результатов полевых испытаний статической нагрузкой.

4.4. При определении расчетом несущей способности дискового, винтового и стержневого анкера следует пользоваться формулой:

, (4.1)

где g _с - коэффициент условий работы анкера, принимаемый равным 1,2;

i - номер диска (лопасти);

п - число дисков (лопастей);

R_i - расчетное давление i -ого диска (лопасти) на мерзлый грунт или грунтовый раствор;

A_i - площадь i -ого диска или лопасти (за исключением площади сечения стержня);

g _af - коэффициент, зависящий от типа поверхности смерзания;

j - номер слоя грунта;

т - число слоев грунта;

- расчетное сопротивление j -ого слоя мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по поверхности смерзания со стержнем (тягой);

- площадь поверхности смерзания j - ого слоя с боковой поверхностью стержня.

При расчете стержневых анкеров первое слагаемое в формуле (4.1) принимается равным нулю.

4.5. Расчетное давление i -ого диска на мерзлый грунт или грунтовый раствор принимается равным давлению под концом сваи по СНиП 2.02.04-87 “Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах”.

4.6. Значение R_i определяется в зависимости от грунта (грунтового раствора) и максимальной температуры грунта на уровне диска (лопасти) в соответствии с табл. 4.1. Температура грунта определяется на основании теплотехнического расчета для наиболее неблагоприятного режима и времени эксплуатации трубопровода.

4.7. Расстояние между дисками (лопастями) должно быть не менее 4Dd (л).

4.8. Расчетное сопротивление мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по поверхности смерзания со стержнем принимается для середины каждого j -ого по температуре грунта слоя в соответствии со СНиП 2.02.04-87 “Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах”. Значения в зависимости от грунтов и грунтовых растворов приведены в табл. 4.2 для льдистости грунтов i_i < 0,2. При льдистости мерзлого грунта 0,2 £ i_i £ 0,4 приведенные в табл. 4.2 значения следует дополнительно умножать на коэффициент 0,9.

4.9. Коэффициент g _af зависит от поверхности смерзания стержня с грунтом и принимается равным:

• 0,7 - для горячекатаного проката;

• 1,0 - для арматуры периодического профиля.

4.10. Несущую способность дискового и вмораживаемого анкеров следует также проверять из условия сдвига по боковой поверхности цилиндрического тела по формуле:

, (4.2)

где - расчетное сопротивление j -ого мерзлого слоя сдвигу по грунту или грунтовому раствору;

- площадь поверхности сдвига j -ого слоя.

4.11. Если раствор, заполняющий скважину, отличается от естественного грунта, то вычисление по формуле (4.2) производится для двух случаев сдвига по боковой поверхности цилиндрического тела с площадью сечения равной:

• площади диска (сдвиг по раствору) при расчете дисковых анкеров;

• площади сечения скважины (сдвиг по грунту - по боковой поверхности скважины) при расчете дисковых и винтовых анкеров.

4.12. Расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу в j -ом слое следует принимать при температуре, равной температуре в середине этого слоя (по СНиП 2.02.04-87 “Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах”). Для обычных мерзлых (незасоленных и небиогенных) грунтов значение приведено в табл. 4.3.

4.13. Для вмораживаемых дисковых и винтовых анкеров несущая способность принимается равной меньшему из двух значений, полученных по формулам (4.1) и (4.2).

4.14. Расстояние между осями анкерных устройств для вмораживаемых анкеров должно удовлетворять условиям п. 3.14.

Таблица 4.1

• часть 1
• часть 2
• часть 3