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.
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.