Содержание
Введение
Конструкция анкерных устройств
А. Классификация
Б. Технические требования на изготовление
В. Методы испытания
Г. Маркировка, установка, транспортировка и хранение
Защита анкерных устройств от коррозии
Несущая способность анкерных устройств
Размещение анкерных устройств вдоль трубопровода
Организация и технология проведения работ по закреплению анкеров
А. Механизация производства работ
Б.Закрепление трубопроводов в зимний и летний периоды строительства
В. Контроль качества производства работ по закреплению трубопроводов
Мероприятия по охране окружающей среды
Введение
Анкерное закрепление трубопроводов - способ закрепления трубопроводов на анкерных опорах; применяется для предотвращения всплытия трубопроводов, прокладываемых через водные преграды на заболоченных и обводнённых участках. Процесс производства работ при анкеровке осуществляется при помощи специальных механизмов и оборудования для забивки, завинчивания или выстреливания анкеров - составных элементов анкерных опор погружаемых в грунт по обеим сторонам трубопровода.
Сверху анкеры охватывает силовой пояс, на который укладывается прокладочный материал (бризол, деревянные маты и т.п.), предупреждающий порчу изоляции трубопровода. Aнкерные опоры сооружаются по всей трассе трубопровода, через равные интервалы. Число опор и расстояния между ними зависят от действующей на трубопровод выталкивающей силы, продольной жёсткости трубопровода и несущей способности опор.
Рис.1. Анкерный болт
Анкер (от англ. «anchor» - «якорь») (анкерный болт, дюбель и т.п.) – крепежное изделие, определенным (механическим или химическим) образом повышающее сцепление между основным крепежным изделием и основанием, представляющим собой материалы различной прочности, до необходимого уровня. Иными словами, анкерами называются устройства, позволяющие передавать на грунтовый массив выдергивающие усилия.
Качественный анкер, как и любое другое крепежное изделие, изготавливается из высококачественной стали, в зависимости от области применения, с оцинковкой или без, не подвергается коррозии и способен выдерживать и распределять постоянные нагрузки.
Анкер представляет собой высоконадежное крепежное изделие, которое применяется в строительных монтажных работах. Например, анкерный болт (Рис.1) может использоваться для крепежа тяжеловесных конструкций к строительному камню, кирпичу и бетону. В чем заключается крепление с помощью анкера? Прежде всего высверливают отверстие, затем в него вставляют гильзу, а уже в гильзу вставляют крепежную деталь. Ею может быть болт, шпильки, шурупы.
Применение грунтовых анкеров возможно в различных грунтах, за исключением набухающих, просадочных и сильносжимаемых грунтов, илов, торфов и глин текучей консистенции. Анкеры препятствуют всплытию заглублённых сооружений, что позволяет делать эти сооружения более лёгкими.
Крепление анкерами сооружений, заглублённых ниже уровня подземных вод, уменьшает изгибающие моменты, что даёт возможность сократить расход материалов.
1. Конструкция анкерных устройств
А. Классификация
Конструктивно анкеры состоят из оголовка, анкерной тяги и анкерной заделки.
Оголовок - элемент анкера, передающий нагрузку от закрепляемого элемента ограждающей конструкции на анкерную тягу. Оголовок состоит из опорной плиты, воспринимающей нагрузку от ограждающей конструкции и крепежных элементов (гайка, шайба, колодка, конус), передающих нагрузку от опорной плиты на тягу. Тяга - элемент анкера, передающий нагрузку от оголовка на заделку. Тяга – основная деталь анкера, имеющая на одном конце шпильку с резьбой и гайкой или иную конструкцию для закрепления, на другом - спиральную арматуру или рифленую трубу. Обычно тягу анкера условно разделяют на рабочую и свободную части. Заделка (корень) - часть анкера, передающая нагрузку от тяги на грунт.
В отечественной и зарубежной практике конструкции анкеров классифицируют по ряду признаков: По способу погружения в грунт – лепестковые (раскрывающиеся), буровые, забивные, винтовые; По конструкции анкерной заделки - цилиндрические; с уширением, устраиваемым разбуриванием, комуфлетированием, с помощью инъекции; По конструкции анкерной тяги - стержневые, трубчатые, из проволочных прядей, арматурных канатов; По сроку службы - временные и постоянные. Временные анкеры сооружают на срок производства СМР или при устройстве временных надувных сооружений, шпунтовых стенок и т. п. Постоянные анкеры устраивают на весь срок службы сооружений. В качестве примера таких сооружений можно назвать подпорные стенки, причалы, подвесные дороги, доки, опускные колодцы, линии электропередачи и т.д.
По виду используемого материала различают металлические, бетонные, железобетонные, деревянные и комбинированные конструкции анкеров.
По схеме взаимодействия с грунтом анкеры можно разделить на: наземные (гравитационные), располагающиеся на поверхности грунта и работающие за счет сил трения между грунтом и конструкцией анкера; заглубленные, располагающиеся в массиве грунта и работающие за счет сопротивления грунта перемещению элементов анкера.
По способу сопротивления выдергиванию классифицируются на анкеры трения, анкеры лобового сопротивления и анкеры смешанного типа.
Наземные анкеры чаще всего представляют собой железобетонные блоки, располагаемые на поверхности грунта. В практике СМР эти блоки часто снизу имеют упоры, которые заглубляются в грунт под действием собственного веса блока. Заглубленные анкеры различают по конструкции и технологии изготовления. Заглубленные анкеры могут устраиваться с предварительным напряжением и без него.
Анкерные устройства различают по их расположению в пространстве: вертикальные, горизонтальные, наклонные. Вертикальные анкеры применяют, например, в опускных и других сооружениях для борьбы со "всплытием" этих сооружений под действием гидростатических сил. Наклонные и горизонтальные анкеры используют при строительстве подпорных стен и различных ограждений.
Б. Технические требования на изготовление
При балластировке трубопроводов анкерными устройствами основными техническими параметрами являются расчетная несущая способность (воспринимаемое ими усилие) и расстояние между ними.
Технические требования:
1. Основные параметры.
2. Анкерное устройство должно соответствовать требованиям Технических условий, комплекту конструкторской документации ВАУ 1.00.00. СБ.
3. Основные параметры и размеры должны соответствовать, указанным в таблице 1:
Таблица 1
Параметры анкерного устройства
Размеры, мм.
Диаметр винта Dв.
300, 500
Диаметр ствола Dств.
114
Длина ствола Lств.
По заказу
Шаг винта
100
Диаметр болта Dболт.
18
Требования к материалам:
1. Винт должен изготавливаться из листовой стали по ГОСТ 27772. По предельным отклонениям листовой прокат должен соответствовать требованиям ГОСТ 19903.
2. Ствол анкерного устройства должен изготавливаться из трубы стальной электросварной по ГОСТ 10704. Допускается изготовление ствола из цельнотянутых труб по ГОСТ 8732. Сталь для трубы по ГОСТ 8731-сталь20.
3. Винт приваривается к стволу анкерного устройства электродами Э42А по ГОСТ 9467 или в среде углекислого газа проволокой СВ-08Г2С ГОСТ 2246.
4. Болты применять по ГОСТ 15589, класса прочности 5.8, с дополнительными испытаниями по ПО3.1 табл.10 ГОСТ 1759.4, марку стали болтов принять по табл. 1 ГОСТ 1759.4. Применение автоматной стали для болтов не допускается.
5. Силовой соединительный пояс анкерного устройства принят по ТУ 3663-002-95917936-2007. В случае применения пояса на открытом воздухе требуется защита от прямых солнечных лучей.
6. Талрепы приняты по ГОСТ 24.125.105-01.
7. Гайки приняты по ГОСТ 5915.
В. Методы испытания
- Внешним осмотром проводят проверку анкерного устройства на соответствие:
конструкторской документации, требованиям ТУ и стандартов;
комплектности;
маркировки;
упаковки.
- Основные размеры анкерного устройства проверяют рулеткой по ГОСТ7502.
- Методы испытаний силового соединительного пояса (мягкого силового пояса МСП) разработаны в п.6. ТУ 3663-002-95917936-2007.
- Полевые испытания анкерных устройств выполняются по заданию заказчика по специальной программе, разработанной в соответствии ГОСТ 5686.
- Результаты испытаний анкерных устройств должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 15.201.
- Расчетный срок службы винтовых анкеров равен 30 годам, что соответствует требованиям. Приложение 1 ВСН 39-1.9-003-98.
Для проведения испытаний анкеров могут быть применены различные типы установок.
Для проведения испытаний винтовых свай и анкеров длительное время использовалась установка сборно-разборной конструкции (рис.2; рис.4). Установка рассчитана на проведение испытаний свай и анкеров на сжимающую и выдергивающую нагрузки величиной 50 тс (ригеля установки рассчитаны на восприятие нагрузки в 100 тс). При разработке конструкции установки предусматривалась возможность проведения не менее трех-четырех испытаний свай на каждой опытной площадке. Поэтому установка выполнена сборно-разборной с целью ее многократного монтажа и демонтажа и перевозки обычными транспортными средствами. Для проведения испытаний только на выдергивающие нагрузки удобна испытательная установка в виде криволинейной балки с опорными плитами.
Находят применение при испытании винтовых анкеров и передвижные установки (Рис.3). Испытания винтовых свай и анкеров производились как в обычных талых грунтах, так и в твердомерзлых. В обычных талых грунтах испытания производились в основаниях трех типов: глинистом, песчаном и галечном. Опытные площадки были выбраны на участках с наиболее неблагоприятными грунтовыми условиями. Испытания свай предусматривалось проводить вертикально приложенной статической и циклической нагрузкой на сжатие и выдергивание. Цель этих испытаний — определение несущей способности винтовых свай в зависимости от их размеров и характера загружения, а также от грунтовых условий (глинистые, песчаные, крупнообломочные грунты). Одновременно с этим выявляется характер изменения деформаций грунта под воздействием возрастающей ступенями статической нагрузки. В задачу испытаний входит проверка работы конструкции винтовой лопасти при различных ее параметрах.
Несущая способность сваи определяется предельным сопротивлением грунта действию сжимающей или выдергивающей нагрузки.
Такое состояние фунта характеризуется значительным возрастанием деформаций при сравнительно малом увеличении нагрузки.
Для исследования несущей способности винтовых свай, работающих на сжимающую и выдергивающую нагрузки, было проведено более 50 опытов с различными грунтовыми условиями на опытных площадках, а также реках Аму-Дарья, Охта, Днестр, Теша, Ге-ге, Кубань и др. Кроме того, были проведены испытания свай на горизонтальную нагрузку и вертикальную циклическую нагрузку, на сжимающую и выдергивающую нагрузки. Загружение свай осуществлялось на специальной установке, с помощью 100-тонного гидравлического домкрата. Постоянство давления в процессе каждого опыта обеспечивалось подкачкой масла в домкрат, по мере необходимости, ручным насосом. Гидравлическое давление, передающееся на сваю, фиксировал ось манометром. Пересчет нагрузки в тоннах, в зависимости от величины гидравлического давления, производился по переходной таблице для установленного гидравлического домкрата. Наблюдения за вертикальными деформациями грунта при испытании свай велись с помощью прогибомеров Максимова, установленных на реперных установках. Для обеспечения центрального приложения нагрузки завинчивание испытуемых свай производилось в строго вертикальном положении. Кроме того, при испытании свай на сжимающую нагрузку необходимая соосность сваи и домкрата достигалась с помощью регулировочных винтов специального патрона, надеваемого на «голову» сваи. Испытание одной и той же сваи производилось, как правило, на два вида приложения нагрузок — на сжатие и на выдергивание.
Испытания на выдергивание
Целью испытания свай на выдергивающую нагрузку являлось: а) определение несущей способности винтовых свай в зависимости от их размеров и типа грунтов основания; б) выявление характера деформаций грунта при заложении лопасти выше и ниже критической глубины. Под критической глубиной принимается такая глубина погружения сваи, выше которой при предельной выдергивающей нагрузке на лопасть происходит выпирание грунта на поверхность, а ниже — его прорезание. До того, как происходит прорезание в прилегающем к лопасти грунте, возникает состояние предельного равновесия, которое достигается без значительных деформаций и без появления трещин в грунте. В зависимости от глубины завинчивания и диаметра лопасти введены понятия сваи (анкера) мелкого и глубокого заложения.
Испытания винтовых свай на выдергивание проводились в глинистых, песчаных и гравийно-галечных грунтах. Испытывались сваи с диаметрами лопастей 600 и 800 мм, погруженные в грунт на сравнительно небольшую глубину — от 1.5 до 3,5м. Выдергивающая нагрузка прикладывалась ступенями. При этом давалась выдержка времени на каждую ступень, до стабилизации перемещения (т, е- прекращения выхода) сваи. Ступени нагрузок при загружении свай, в зависимости от расчетнй критической выдергивающей нагрузки, составляли от 1.0 до 2.0 тс. Нагрузки на сваи доводились до таких критических значений, при которых перемещения (выход) свай продолжались без увеличения нагрузки, в большинстве случаев выдергивание свай продолжалось, даже когда нагрузка уменьшалась, что сопровождалось выпиранием грунта.
Анализируя результаты испытаний винтовых свай на выдергивающую нагрузку, можно сделать следующие выводы: Винтовые сваи могут выдержать значительно большие горизонтальные усилия, чем обычные сваи. 1.Характер работы винтовых свай на выдергивание зависит от относительной глубины заложения лопасти Н: D и фунтовых условий. Наибольшей несущей способностью обладают сваи, погруженные в глинистые водонасыщенные грунты. 2.Несущая способность винтовых свай зависит от диаметра лопасти. Наиболее оптимальная величина диаметра лопасти 600-850 мм; шаг — 200-250 мм.
Кроме статических испытаний сваи на выдергивание проводились и циклические испытания. Из графика испытания сваи можно выделить два этапа. В глинистых и гравийно-гапечных грунтах при приложении выдергивающей нагрузки наблюдаются два вида работы винтовых лопастей в зависимости от так называемой критической глубины погружения. Первый вид— работа мелко заложенной лопасти с образованием призмы выпирания (рис. 5), которая начинается от краев лопасти и кончается на поверхности грунта. Второй вид — работа глубоко заложенной лопасти с образованием напряженных зон, замыкающихся внутри грунта без образования призм выпирания. Первый этап — когда наблюдается прямая пропорциональность выхода сваи от выдергивающего усилия ?=f(Р) — линия, близкая к прямой. Второй этап —характеризуется нарушением прямой пропорциональности зависимости ?=f(Р) и возрастанием выдергивающего усилия до максимального (критического) значения.
Испытания на сжатие
Испытывались сваи различных диаметров: — узколопастные диаметром 280,300,480 мм; — широколопастные диаметром 500,600,700, 800,850 И 1000 мм. Кроме испытаний свай на статическую нагрузку, было проведено несколько испытаний на сжимающую многократно повторяющуюся (циклическую) нагрузку Одно из этих испытаний испытывалась винтовая свая с диаметром лопастей 600 мм, завинченная в глинистый грунт на глубину 3.5 м. Нагружение сваи производилось при 80-кратном повторении нагрузки.
Анализируя результаты испытаний винтовых свай на сжимающую нагрузку, можно сделать следующие выводы: 1. Несущая способность водонасыщенных гравийно-галечных и песчаных грунтов в 1.5-2 раза выше глинистых. 2. С увеличением глубины заложения в грунт лопасти одного и того же диаметра предельная нагрузка значительно возрастает. 3. Предварительное обжатие грунта винтовой сваей вызывает уплотнение ее основания, в результате чего несущая способность сваи повышается. 4. Циклическая сжимающая нагрузка, равная 0,8-0.9 Ркр, вызывает дополнительную осадку сваи. Наиболее устойчивыми основаниями, воспринимающими эту нагрузку, являются основания из гравийно-галечных и песчаных грунтов.
В глинистых и песчаных грунтах сжимающие предельные нагрузки на сваи, как правило, в 1.2-2.5 раза превышают критические выдергивающие нагрузки. Для гравийно-галечных грунтов сжимающие нагрузки в 3-3,5 раза превышают выдергивающие. Наименьшие деформации при работе свай как на сжимающие, так и на выдергивающие нагрузки наблюдаются в крупнообломочных грунтах, а наибольшие - в глинистых.
Г. Маркировка, установка, транспортировка и хранение
Маркировка должна быть прочно нанесена на анкерах: несущая способность, тип, изготовитель. Маркировка наносится на винт и содержит маркировку винтового анкерного устройства. Маркировка наносится белой несмываемой краской. Пример условного обозначения анкерного устройства: устройство анкерное ВАУ-500-L-530 ТУ 5270-052-98799549-09, где 500-диаметр винта, L-длина ствола анкерного устройства, 530-диаметр газопровода.
Класс огнестойкости для анкеров указывается следующим образом, например: F 90.
Работы по сборке и сварке винтовых анкеров с анкерными тягами выполняются в соответствии со схемой в следующей технологической последовательности:
- доставка и укладка винтовых анкеров и анкерных тяг на стеллаж;
- соединение анкера с анкерной тягой при помощи резьбы;
- обварка анкерной тяги в месте соединения с анкером;
- зачистка места сварки, грунтовка и изоляция;
- относка и укладка анкерного устройства в штабель готовой продукции.
Устройство анкерное поставляется в разобранном виде, комплект поставки состоит из:
- анкера винтового (ТУ 5270-051-98799549-07), шт. – 2;
- силового соединительного пояса, (пояс мягкий силовой МПС), (ТУ 3663-002-95917936-2007), шт. -1;
- тяги анкерной, шт. -2;
- Болт М18Ч150 (ГОСТ 15589), шт.- 2;
- Гайка М18 (ГОСТ 5915), шт.-2;
- Талреп (ГОСТ 24.125.105-01), шт.-2.
Работы по устройству винтовых анкерных устройств необходимо выполнять в соответствии с требованиями:
- проекта производства работ, утвержденного в установленном порядке;
- раздела 5 «Техника безопасности» СП 107-34-96;
- раздела 7 «Техника безопасности» ВСН 39-1.9-003-98;
- СНиП III-42-80 «Магистральные трубопроводы», издание 1997г. С изменениями 1,2,3,4.
- СНиП 12-03-2001 Безопасность труда в строительстве. Часть1. Общие требования;
- СНиП 12-04-2002 Безопасность труда в строительстве. Часть2. Строительное производство;
- ППБ 01-03 Правила пожарной безопасности в Российской Федерации. МЧС России.
Анкерные устройства на трубопроводе устанавливаются на равном расстоянии друг от друга; групповая их установка запрещается. Установка анкерных тяг в траншее производится до укладки трубопровода; монтаж силовых поясов следует осуществлять после отлива воды из
траншеи и укладки трубопровода на проектную отметку.
Анкерные устройства могут перевозиться транспортом всех видов в соответствии с правилами перевозок, действующими на транспорте конкретного вида.
В пределах акватории анкерные устройства следует транспортировать на палубных баржах, понтонах, имеющих необходимую плавучесть и остойчивость, проверенных расчетом на восприятие сосредоточенных нагрузок от массы шпунта. Разрешается транспортировка шпунта на палубе плавкранов на расстояние до 4 км по защищенной от волнения акватории.
Транспортирование винтовых анкерных устройств допускается осуществлять транспортом любого вида (железнодорожным, автомобильным морским, воздушным).
Транспортирование железнодорожным транспортом должно производиться в соответствии с «Техническими условиями погрузки крепления грузов в вагонах и контейнерах» утвержденных МПС России 27 мая 2003 №ЦМ-943, изд. «Юртранс», Москва, 2003 г., ГОСТ 22235 и «Правилами перевозки грузов», утвержденными МПС.
Транспортирование речным транспортом должно производиться в соответствии с «Правилами перевозки грузов», утвержденными Министерством речного флота.
Транспортирование морским транспортом должно производиться в соответствии с «Общими специальными правилами перевозки грузов», утвержденными Министерством морского флота.
Транспортирование и хранение устройств в районах Крайнего севера и приравненных к ним местностях производить в соответствии ГОСТ 15846.
Погрузке, транспортирование, выгрузку и хранение анкерных устройств следует производить, соблюдая меры, исключающие возможность их повреждения, а также обеспечивающие сохранность защитного покрытия конструкций. Не допускается выгружать устройства сбрасыванием, а также перемещать их волоком.
Транспортирование и хранение анкерных устройств в части воздействия климатических факторов Транспортирование и хранение внешней среды должно соответствовать требованиям ГОСТ 15150-69. Допускается хранение, анкерных устройств на открытом воздухе.
Допускается хранить в штабелях, высота которых исключает остаточные деформации конструкций.
При хранении, погрузке, транспортировке и разгрузке анкерных устройств должны применяться подкладки и строповочные устройства, исключающие остаточные деформации и повреждения замков и обеспечивающие сохранность их формы.
Хранение винтового анкерного устройства у изготовителя и потребителя до начала монтажа должно производиться на деревянных прокладках, обеспечивающих расстояние от земли до изделия не менее 250 мм.
Для длительного хранения (свыше месяца) устройства необходимо складировать под навес. (группа условий хранения 2Ж по ГОСТ 15150).
При хранении анкерных устройств должна быть обеспечена хорошая видимость маркировки конструкции. По желанию заказчика могут быть нанесены следующие типы маркировки:
- цветные маркировки в голове каждой шпунтины, определяющие профиль, длину и марку стали;
- наклейки, содержащие название заказчика, место назначения, номер заказа, тип и длину профиля.
Размеры проходов и проездов в месте хранения конструкций между штабелями или отдельными конструкциями должны соответствовать требованиям строительных норм.
До начала работ по выгрузке и раскладке анкеров и комплектующих элементов на берме траншеи (вдоль участка трубопровода) необходимо анкеры и комплектующие элементы погрузить на сани и доставить к месту выгрузки и раскладки.
Концы тяги анкерной не должны иметь отклонений от цилиндрической формы, искривлений.
Винтовые анкера укладываются в круглые пачки со смещением винтовых лопастей в шахматном порядке и увязываются проволокой диаметром 3 мм. ГОСТ 3282. Болты, гайки, талрепы комплектуются в партию и упаковываются в мешки из синтетической ткани. Силовое соединительные пояса согласно п.8.1 ТУ 3663-002-95917936-2007 также упаковываются.
2. Защита анкерных устройств от коррозии
Коррозия (древне лат.) (CORROSIO) - это разъедание, т.е самопроизвольное разрушение твердых тел, вызванное химическими и электрохимическими процессами,
развивающимися на поверхности тела при его взаимодействии с внешней средой.
Коррозия металлов – это физико-химический процесс, вызывающий разрушение металла или изменение его свойств в результате химических или электрохимических процессах при взаимодействии с окружающей средой.
Все изделия, применяемые для закрепления трубопроводов, должны обладать химической и механической стойкостью по отношению к воздействиям среды, в которой они устанавливаются.
Анкерные устройства изготавливаются из чугуна или стали, обеспечивающих механическую
прочность и возможность соединения их между собой.
Чтобы анкеры были более долговечны и не коррозия анкера
подвергались коррозии, их защищают различными покрытиями:
· пластмассовыми оболочками
· покрытиями из специальных растворов
· антикоррозийными затворами
Изоляция анкерных устройств должна выполняться в базовых или заводских условиях. В трассовых условиях необходимо осуществлять изоляцию участков соединения анкерных тяг с силовыми поясами.
Защитное антикоррозионное покрытие анкерных тяг должно иметь не более двух отслоений площадью поверхности до 20 см² на 1 м². Отклонения по толщине защитного покрытия не должны превышать ±10%. При проверке качества защитных покрытий рассматриваются документы, характеризующие составляющие компоненты в отношении соблюдения сроков их годности.
Для защиты от коррозии винтовая лопасть покрывается резиновой мастикой по грунтовке ГТ-752. Анкерные тяги и силовой пояс изолируются липкими полимерными лентами в два слоя с нахлестом, составляющим 10% от ширины ленты.
Антикоррозионная защита оголовка всех постоянных анкеров включает в себя: защитный гидроизоляционный колпак и антикоррозионный состав, заполняющий свободное пространство.
В некотроых случаях анкера для защиты от коррозии покрывают гальванпокрытиями.
Перед нанесением металлизационного покрытия с защищаемой поверхности стали должна быть полностью удалена ржавчина.
Металлизационное покрытие следует предохранять от механических повреждений при складировании, транспортировании и установке анкера.
Анкерные устройства для защиты от коррозии покрывается слоем оксидной окраски.
В сильноагрессивных средах (средняя интенсивность коррозии свыше 0,5 мм/год) при сроке эксплуатации более двух лет следует применять усиленную антикоррозионную защиту.
В среднеагрессивных средах (средняя интенсивность 0,1-0,5 мм/год) при сроке эксплуатации более двух лет следует применять нормальную антикоррозионную защиту.
В слабоагрессивных средах (средняя интенсивность коррозии до 0,1 мм/год) при сроке эксплуатации до двух лет допускается легкая антикоррозионная защита.
Усиленная антикоррозионная защита тяги в области заделки должна включать: цементный камень толщиной более 20 мм и упорную трубу (ГОСТ 8731-74 и ГОСТ 8733-74), работающих на сжатие: оболочку из полиэтилена (ГОСТ 226891-77, ГОСТ 18599-83 и ГОСТ 19034-82); заполняющую массу (ЭКН, герметик Гидропроекта или гидрофобный заполнитель ЛЗ-КI).
Упорная и манжетные трубы при усиленной антикоррозионной защите должны защищаться металлизационным покрытием алюминия толщиной 200 мкм или слоем цементного камня, работающего на сжатие, толщиной 3 см.
Замковая труба должна защищаться металлизационным покрытием алюминия толщиной 200 мкм.
Усиленная антикоррозионная защита в свободной части должна состоять из слоя глиноцементного камня, защитной полиэтиленовой оболочки и антикоррозионной массы.
3. Несущая способность анкерных устройств
Несущая способность каждого анкера, как правило, должна быть проверена до включения его в работу совместно с закрепляемой конструкцией путем контрольных или приемочных испытаний на максимальную испытательную нагрузку.
В слабых грунтах повысить несущую способность анкера по грунту можно путем увеличения длины корня анкера или его диаметра, правильного выбора технологии нагнетания.
Расчет расстояния между винтовыми анкерными устройствами с повышенной удерживающей способностью, со следующие исходными данными:
диаметр трубопровода Dн = 250мм;
толщина стенки трубопровода δ = 8мм;
толщина изоляции δиз=1мм;
толщина футеровки δф=25мм
объемный вес воды γв=1100 кГс/ м3
объемный вес изоляционного покрытия γиз=1200 кГс/ м3
объемный вес футеровки γф=840 кГс/ м3;
вид перекачиваемого продукта: газ
диаметр корня анкера Dанк=0,2 м
длина корня анкера Lk=0,6 м
коэффициент замоноличивания анкера kа = 5,5
вертикальное расстояние от поверхности грунта до середины анкера h = 2м
Удельный вес грунта γг = 2,12·104 кГс/м3
Рассмотрим случай, когда трубопровод прямолинейный и течение воды отсутствует. Проверку такого трубопровода против всплытия следует производить из условия:
где Б – вес балласта под водой;
Км – коэффициент безопасности по материалу, зависящий от вида балластировки и определяемый по таблице 2;
К у.л – коэффициент надежности при расчете устойчивости положения трубопровода против всплытия (коэффициент устойчивости на всплытие), который принимается по таблице 3;
А – расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод с учетом изоляции и футеровки (Архимедова сила), которая определяется по формуле:
Q – вес единицы длины трубы с учетом изоляции, футеровки и перекачиваемого продукта (на воздухе):
составляющие вышеприведенной формулы определяются по формулам:
Таблица 2
Вид балластировки
Значение Км
Анкерные устройства
1,0
Таблица 3
Тип водоемов
Значение Ку.л
Для болот, водоемов при отсутствии течения воды, пойм рек и периодически заливаемых участков 1%-ной обеспеченности
1,05
Для водных преград шириной зеркала воды до 200 м для трубопроводов диаметром 1000 мм.
1,1
Для всех подводных переходов диаметром 1000 мм. При диаметре менее 1000 мм, но ширине зеркала менее 200 м и горных рек с неустойчивым руслом.
1,15
При балластировке трубопроводов металлическими винтовыми анкерными устройствами расчетное усилие (допускаемая нагрузка) определяется по формуле:
где Zа – число анкеров в одном анкерном устройстве;
Кгр – коэффициент несущей способности грунта, в котором находятся лопасти анкеров; (таблица 4)
ma – коэффициент условий работы анкерного устройства принимается равным 0,5 при Za2;
Na – максимальная (критическая) нагрузка на один винтовой анкер, завинченный в грунт I группы на глубину не менее 6 диаметров лопасти (таблица 5).
Значение коэффициента Кгр Таблица 4
Группа грунта
Грунты
Kгр
I
Мягкопластичные глины и суглинки, пластичные супеси
1
II
Пески мелкие, плотные и средней плотности, маловлажные, влажные и водонасыщенные; полутвердые тугопластичные глины и суглинки.
2
III
Пески гравелистые, крупные и средней зернистости, маловлажные, влажные и водонасыщенные; твердые супеси, глины и суглинки.
3
Максимальная нагрузка на один винтовой анкер Na, кгс Таблица 5
Da, мм
100
150
200
250
300
400
500
600
Na, H
6500
7500
12500
21000
30000
53000
83000
120000
Несущая способность анкера:
Расстояния между анкерами:
Дополнительно определяется расстояние между анкерами из условия прочности:
где
R2 –расчетное сопротивление трубной стали;
W– осевой момент сопротивления поперечного сечения трубы;
Pпл - распределенная нагрузка на участке, свободном от грузов–( положительная плавучесть);
где Vв - объем воды, вытесненный 1 м трубы с учетом изоляции;
При la> lamax принимается значение lamax.
Несущая способность заглубленного винтового анкера диаметром d, длиной l, заглубленного в грунт с объемным весом γвст, на глубину h, равна:
где
φ –угол внутреннего трения грунта;
α - угол наклонного троса к горизонту (принимается равным 20-30º);
k – коэффициент запаса, к=1,2.
Параметры анкера и грунта
d, м
0,30
l
2,5
h
1,8
γвст, кН/м³
23,5
с, кПа
16,0
φ, град
14
Несущая способность анкеров со стержневыми оттяжками составляет 150—500 кН, с трубчатыми 300—1500 кН, а с проволочными 500—2500кН.
4. Размещение анкерных устройств вдоль трубопровода
При организации труда рабочих, выполняющих разметку мест установки анкеров, выгрузку и раскладку на бреме траншеи анкеров и комплектующих элементов (соединительных поясов, защитных ковриков и футеровочных матов), предусматривается применение трактора Т-130 с металлическими санями.
Основные показатели производительности труда при разметке мест установки анкеров, выгрузке и раскладке анкеров и комплектующих элементов на берме траншеи:
выработка звена в смену (8 ч), комплектов
- 133,4
на 1 чел,- смену, комплектов
- 44.4
затраты труда на один комплект, включая время
на ПЗР (5 %) и отдых (10 %), чел.-ч -
- 0,18
продолжительность процесса на один комплект, ч
- 0,06
численность рабочих в звене, чел
- 3
Работы по разметке мест для завинчивания анкеров, выгрузке и раскладке анкеров и комплектующих элементов на бреме траншеи (вдоль участка трубопровода) выполняются в соответствии со схемой (Рис.6) в следующей технологической последовательности:
- разметка мест установки анкеров;
- выгрузка и раскладка анкеров на бреме траншеи;
- обслуживание трактора;
- перемещение к следующему месту установки анкеров.
До начала работ по завинчиванию анкеров в грунт дна траншей необзодимо:
· Уложить участок трубопровода в траншею;
· Произвести разметку и обозначение мест установки анкеров в соответствии с проектом;
· Поставить и разложить готовые анкеры в обозначенных местах.
Работы по завинчиванию анкеров в грунт дна траншеи выполняются в соответствии со схемой в следующей последовательности:
· Запасовка тяги анкера в штангу вращетеля;
· Завинчивание анкеров в грунт;
· Вытаскивание штанги вращателя из грунта;
· Переезд к следующему месту установки анкеров.
Расстояния между анкерами в ряду и между рядами зависят от крепости пород, типа анкера, ширины выработки, их определяют расчетом. Однако два анкера диаметром 12 мм нельзя располагать на расстояние ближе, чем 10 диаметров друг от друга, так расстояние между двумя 12-мм анкерами должно быть не меньше 12 см (12х10=120 мм).
5. Организация и технология проведения работ по закреплению анкеров
А. Механизация производства работ
При производстве работ по установке анкерных устройств на трубопроводе необходимо соблюдать следующие допуски:
· глубина установки анкеров в грунт менее проектной не допускается. Возможно перезаглубление анкеров до 20 см;
· увеличение расстояний между анкерными устройствами по сравнению с проектными не допускается. Возможно сокращение расстояний между указанными устройствами до 0,5 м;
· относительные смещения анкеров между собой в устройстве не должны превышать 25 см;
· расстояния от трубы в свету до анкерной тяги не должны превышать 50 см.
Механизация закрепления трубопровода анкерными устройствами зависит от их типа, диаметра трубопровода и условий проведения работ. Наибольшее распространение получили винтовые анкеры с диаметром лопасти 150—500 мм, для завинчивания которых используют машины типа ВАГ, МБТА, МЗВК.
Вращатели анкерные гидравлические ВАГ101, ВАГ203, ВАГ204 представляют собой навесное оборудование на тракторах Т-100М или Т-130Г, ВАГ201 — на экскаваторе Э304В, ВАГ202 — на трубоукладчиках Т1224В или Т1530В, ВАГ205 — на трелевочном тракторе ТДТ-55
(Рис.7; Рис. 8)
Рабочим органом машин является вращатель, состоящий из гидравлического двигателя и редуктора. Максимальный крутящий момент, развиваемый вращателями ВАГ202, ВАГ203 и ВАГ204, составляет 19,6 кН/м. К вспомогательному оборудованию, используемому при завинчивании анкеров, относятся траншейный кессон КТ-1, применяемый в обводненных районах для закрепления трубопровода к анкерам хомутами, комплект оборудования КРГ1 с паровой передвижной установкой или паропреобразователь Д-563 для разработки вечномерзлых грунтов перед завинчиванием анкеров. Несущая способность анкерных устройств контролируется динамометром ДКА-351.
Реактивный момент, возникающий при завинчивании анкеров, воспринимается стрелой экскаватора или специальной шарнирной рамой, укрепленной одним концом на корпусе редуктора, а другим — на стреле навесного оборудования.
В комплект машин и оборудования входят также сварочный агрегат АСБ1 или СДАУ для сварки анкеров с хомутом и битумоплавильный котел ИСТЗБ для нанесения защитного битумного покрытия на поверхность хомутов анкеров
Б.Закрепление трубопроводов в зимний и летний периоды строительства
Анкеры погружаются в грунт в летнее время, как правило, после укладки трубопровода в траншею. В зимний период установку анкеров, в основном, осуществляют сразу же после разработки траншеи. При этом выполняется комплекс мероприятий, обеспечивающий сохранность изоляционного покрытия трубопровода при укладке последнего в траншею. Закрепление трубопровода необходимо производить после укладки его на проектные отметки. Соединение силовых поясов с анкерными тягами следует осуществлять путем их сварки или с помощью самозаклинивающихся устройств.
При производстве работ по установке анкерных устройств на трубопроводе необходимо соблюдать следующие допуски:
1. Глубина установки анкеров в грунт менее проектной не допускается. Возможно перезаглубление анкеров до 20 см;
2. Увеличение расстояний между анкерными устройствами по сравнению с проектными не допускается.
3. Возможно сокращение расстояний между указанными устройствами до 0,5 м;
4. Относительные смещения анкеров между собой в устройстве не должны превышать 25 см;
5. Расстояния от трубы в свету до анкерной тяги не должны превышать 50 см.
Постоянные анкеры не следует применять в грунтах, обладающих сильной и очень сильной агрессивностью к бетону. Постоянные анкеры, как правило, следует конструировать со свободной тягой в заделке (тип II), так как в этом случае при работе анкера цементный камень в заделке работает на сжатие, что исключает появление трещин в цементном камне и, как следствие, предохраняет анкерную заделку от коррозии.
Инъекция может осуществляться при помощи инъекционной трубки, манжетной колонны или через обсадные трубы. Инъекционные трубки следует выполнять из цельнотянутых стальных труб, рассчитанных на давление 10 МПа, с проходным отверстием диаметром не менее 8 мм. Отверстия в трубке для инъекцирования раствора должны иметь диаметр 6-8 мм. Наиболее эффективный способ закрепления оттяжек опор без нарушения естественной структуры грунта — применение винтовых анкеров. Интенсивно внедрять винтовые анкера на строительстве линий электропередач стали в 1960-1965 гг., но основное внимание при разработке уделялось винтовым сваям, так как они давали большой экономический эффект при применении в фундаментах. Конструкция винтовых свай представляла собой чугунную лопасть, укрепленную на железобетонном стволе кольцевого сечения. Крутящий момент на сваю передавался с помощью металлического ключа, расположенного в теле сваи. Винтовая часть была одновитковой, ее лопасть имела постоянную ширину s пределах витка и значительную толщину в корне консоли. Для завинчивания требовалась пригрузка осевой силой и значительная величина {10-13 тем) крутящего момента. При завинчивании свай специальной установкой МЗС-13 было много неполадок, конструкция свай требовала доработки. Использование винтовых свай такой конструкции не дало ожидаемого эффекта и было признано нецелесообразным. Интерес проектировщиков к винтовым анкерам возник вновь, после того, как в институте ВНИ-Иземмаш была разработана установка, получившая шифр «Анкер». Этой установкой можно было не только завинчивать анкера, но и бурить лидерные скважины.
Рис.9 Винтовой анкер с конической частью для обычного грунта.
1-рым-упор;2-цилиндрический ствол;3-винтовая лопасть;4-конический наконечник.
До настоящего времени многие специалисты считали применение винтовых анкеров нецелесообразным, так как при завинчивании их с помощью ключа нарушается естественная структура грунта, снижается несущая способность, в результате возрастает деформативность анкерного закрепления. Однако, экспериментальные исследования, выполненные в СЗЭСП, подтвердили высокую несущую способность винтовых анкеров при их малой деформативности. Анкер такой конструкции внедряется в грунт практически без пригружающей силы и имеет хорошее зацепление с грунтом благодаря описанной конфигурации винтовой лопасти. Для захвата ключом при погружении анкера в грунт на стволе предусмотрен рым, с которым соединяется U-образный болт.
Использование предлагаемого анкера (Рис.9) дает возможность значительно упростить механизм завинчивания (за счет исключения пригрузки) и снизить требуемую мощность. Для вечномерзлых грунтов разработаны много-витковые анкеры с лопастью малой ширины. Анкер, имеющий уменьшенную ширину (и соответствующую толщину) лопасти, завинчивается при минимальном крутящем моменте также без дополнительной пригружающей силы. Завинчивание анкеров обеспечивает наибольшую их несущую способность, поскольку нарушения природной структуры грунта практически не происходит. Необходимая для передачи усилия на грунт площадь лопасти достигается путем увеличения количества витков.
Закрепление газопроводов при помощи вмораживаемых анкерных устройств типа ДАУ и ВАУ-В рекомендуется применять на участках вечной мерзлоты (преимущественно в низкотемпературных, твердомерзлых песчаных и глинистых, устойчивых в реологическом отношении грунтах), включая болота с мощностью торфа не более глубины траншеи, при условии, что несущие элементы вмораживаемых анкеров должны находиться в вечномерзлом грунте в течение всего срока их эксплуатации.
Длина части вмораживаемого анкера, взаимодействующая с вечномерзлым грунтом в процессе эксплуатации газопровода должна быть не менее двух метров (СНиП 2.02.04-87).
Конструкция ограничителя усилий должна обеспечивать работоспособность анкера в течение всего периода эксплуатации газопровода на переходах через болота и в течение 3-7 лет на участках, сложенных минеральными грунтами.
Закрепление газопроводов винтовыми анкерными устройствами ВАУ-1 и ВАУ-М может осуществляться в условиях обводненной и заболоченной местности, а также на переходах через болота с мощностью торфяной залежи, не превышающей глубины траншеи. При этом подстилающие болота грунты должны обеспечивать надежную работу анкеров.
ВАУ (Рис.10) применяются для закрепления трубопроводной нитки, прокладываемой наземно, в насыпях и подземно на заболоченных и периодически затопляемых участках с устойчивыми подстилающими грунтами, обеспечивающими закрепление в них винтовых анкеров и установку анкерных устройств.
Винтовые анкерные устройства типа ВАУ-1 или ВАУ-М устанавливаются (замыкаются) на уложенном в проектное положение газопроводе.
Винтовые анкеры погружаются в грунт установками типа ВАГ в летнее время, как правило, после укладки газопровода в траншею. В зимний период установку анкеров в основном осуществляют сразу же после разработки траншеи. При этом выполняется комплекс мероприятий, обеспечивающий сохранность изоляционного покрытия газопровода при укладке последнего в траншею.
Установка винтовых анкеров в грунт (если допущено промерзание траншеи) выполняется после размораживания мерзлых грунтов в основании траншеи или после его механического рыхления.
Минимальная глубина заложения винтового анкера в грунт принимается равной шести диаметрам его лопасти.
Контроль за несущей способностью винтовых анкерных устройств осуществляется посредством проведения контрольных испытаний анкеров выдергивающей нагрузкой в соответствии с требованиями ГОСТ 5686-78 на величину, указываемую в проекте. Число испытываемых анкеров определяется требованиями рабочих чертежей в зависимости от конкретных грунтовых условий на участках анкерного закрепления газопровода.
Винтовые анкерные устройства предназначены от всплытия трубопроводов диаметром от 325 до 1420 мм, прокладываемых в условиях обводненной и заболоченной местности, а также на переходах через болота.
Рис.11.Винтовые анкерные устройства типа ВАУ-1
Винтовые анкерные устройства типа ВАУ-1 (Рис.11) изготавливают по ТУ 102-164-89. ВАУ-1 состоит из двух винтовых лопастей, двух анкерных тяг с наконечниками и силового пояса.
1 – Газопровод;
2 – Тяга анкера с наконечником;
3 - винтовая лопасть;
4 - силовой соединительный пояс.
Рис.12. Винтовые анкерные устройства ВАУ-М
Винтовые анкерные устройства ВАУ-М (Рис.12) с измененной режущей кромкой заходной части винтовой лопасти, обеспечивающие сокращение величины крутящего момента при их завинчивании в грунт, изготавливают в соответствии с требованиями ТУ на их изготовление.
1 – Газопровод;
2 – Тяга анкера с наконечником;
3 - винтовая лопасть;
4 - силовой соединительный пояс.
Для возрастания эффекта погружения анкера, целесообразно предусмотреть вспомогательный режущий элемент. Вспомогательный режущий элемент выполнен в виде пропеллера (части винтовой лопасти), жестко прикрепленного перпендикулярно оси ствола к внутренней поверхности полого ствола анкера.
Сопротивление анкеров выдергиванию зависит также от режима завинчивания. Сопротивление анкеров будет большим, если они завинчиваются без проскальзывания (когда заглубление анкера на оборот равно шагу винтовой лопасти). Постановка режущего элемента внутри ствола улучшает режим завинчивания, при этом межвитковые промежутки грунта не разрыхляются, а уплотняются лопастью анкера, что дает возможность распределять нагрузку на суммарную опорную поверхность всех наружных лопастей.
Вмораживаемые анкерные устройства дискового типа (Рис.13) изготавливают по ТУ 102-455-88. Анкерное устройство дискового типа состоит из двух тяг с круглыми дисками, расположенными на расчетном расстоянии друг от друга, двух ограничителей усилий и силового пояса. Ограничители усилий в анкерном устройстве применяются в случае закрепления газопроводов, прокладываемых в пучинистых грунтах.
1 - газопровод; 2 - тяга; 3 - диск; 4 - ограничитель усилий; 5 - силовой соединительный пояс
Рис. 13. Вмораживаемые анкерные устройства дискового типа
Рис.14. Винтовые вмораживаемые анкерные устройства ВАУ-В
1 - газопровод;
2 - тяга с наконечником;
3 - винтовая лопасть на втулке;
4 - втулка (разделительная);
5 - ограничитель усилий;
6 - силовой соединительный пояс
Винтовые вмораживаемые анкерные устройства ВАУ-В изготавливают в соответствии с требованиями ТУ на их изготовление. Анкерное устройство состоит из двух или четырех приваренных к втулкам винтовых лопастей, двух тяг с наконечниками и силового соединительного пояса. Кроме того, составными элементами ВАУ-В являются два ограничителя усилий (при установке их в пучинистых грунтах) и две втулки, одеваемые на тяги поверх нижних винтовых лопастей.
Погружение вмораживаемых анкеров в вечномерзлые грунты следует производить буроопускным и опускным способами.
Буроопускной способ целесообразно применять в твердомерзлых грунтах при средней температуре по их глубине - 0,5 °С и ниже, а опускной - в песчаных и глинистых грунтах, содержащих не более 15% крупнообломочных включений, при средней температуре по их глубине - 1,5 °С и ниже.
Производство работ по бурению скважин осуществляется буровыми машинами.
Винтовой вмораживаемый анкер устанавливается в заранее разработанную скважину следующим образом: сначала в скважину устанавливается тяга с наконечником, а затем скважина заполняется грунтовым (песчаным) раствором соответствующего состава и консистенции. Сразу же после заполнения скважины раствором, с помощью средств малой механизации или существующих установок для завинчивания анкеров в грунт, одетая на тягу винтовая лопасть завинчивается до упора (наконечника). Затем на тягу устанавливается втулка и вторая винтовая лопасть, которая также завинчивается до упора. Заключительной операцией является установка силового соединительного пояса.
Для разработки скважин парооттаиванием используются передвижные паровые котлы с рабочим давлением 1,0 МПа, производительность которых обеспечивает работу одновременно работающих нескольких паровых игл.
Вмораживание анкеров в грунт производят заблаговременно для обеспечения их расчетной несущей способности.
Установку вмораживаемых анкеров в грунт следует производить в календарные сроки, обеспечивающие смерзание анкеров с грунтом для обеспечения их расчетной несущей способности.
Анкерные устройства устанавливаются в заранее разработанные в вечномерзлом грунте скважины, диаметр которых превышает диаметр диска не менее чем на 3 - 5 см, при этом пространство между стенками скважин и анкеров должно быть заполнено шламом.
Рис.15.Винтовой янкер с коническим Рис.16. наконечником для вечномерзлого Винтовой анкер грунта без конической частидля вечномерзлого
1-полый тонкостенный ствол;
2-конический наконечник;
3-винтовая лопасть;
4-рым-упор
Длина части анкера, взаимодействующая с вечномерзлым грунтом в процессе эксплуатации газопровода, составляет не менее 2 м.
Не допускается применение вмораживаемых анкерных устройств на участках газопроводов, получающих в процессе эксплуатации продольные перемещения более 40 мм.
Конструкция винтового анкера без конической части и с конической частью для вечномерзлого грунта (Рис.15; Рис 16) испытана при погружении в твердомерзлые грунты в районе Ямбурга и в настоящее время внедрена при строительстве линий электропередач в условиях Крайнего Севера Тюменской области.
Для возрастания эффекта погружения анкера в грунт, в конструкции предусмотривается вспомогательный режущий элемент. Вспомогательный режущий элемент выполнен в виде пропеллера (части винтовой лопасти), жестко прикрепленного перпендикулярно оси ствола к внутренней поверхности полого ствола анкера.
Сопротивление анкеров выдергиванию зависит от режима завинчивания. Сопротивление анкеров будет большим, если они завинчиваются без проскальзывания (когда заглубление анкера на оборот равно шагу винтовой лопасти). Постановка режущего элемента внутри ствола улучшает режим завинчивания, при этом межвитковые промежутки грунта не разрыхляются, а уплотняются лопастью анкера, что дает возможность распределять нагрузку на суммарную опорную поверхность всех наружных лопастей.
Для защиты изоляционного покрытия газопровода от действия железобетонных утяжелителей, металлических соединительных поясов, а также анкерных устройств должны быть использованы футеровочные маты, изготовленные в соответствии с требованиями ТУ 51-05-97.
Закрепление газопроводов винтовыми анкерными устройствами ВАУ-1 и ВАУ-М может осуществляться в условиях обводненной и заболоченной местности, а также на переходах через болота с мощностью торфяной залежи, не превышающей глубины траншеи. При этом подстилающие болота грунты должны обеспечивать надежную работу анкеров.
Анкерные устройства дискового типа ДАУ состоит из двух тяг с одним или двумя круглыми дисками на каждой тяге, расположенными на определенном расстоянии друг от друга, двух ограничителей усилий (компенсаторов) и силового соединительного пояса. Ограничители усилий в анкерном устройстве применяются в случаях закрепления трубопроводов, прокладываемых в пучинистых грунтах.
Анкерные устройства дискового типа ДАУ устанавливаются в заранее разработанные в вечномерзлом грунте скважины, диаметр которых должен превышать диаметр диска не менее, чем на 3 см, при диаметре диска анкера до 200 мм и на 5 см - при диаметре диска анкера свыше 200 мм.
При этом пространство между стенками скважин и анкерами должно быть заполнено грунтовым (песчаным) раствором, состав и консистенция которого подбирается в соответствии с указаниями действующих строительных норм и правил (СНиП 3.03.01-83).
Применение анкеров допускается во всех грунтах, за исключением: глинистых текучей, текучепластичной консистенции, торфов, илов.
При закреплении трубопровода анкерными устройствами лопасть анкера не должна находиться в слое торфа, заторфованного грунта или лесса, пылеватого песка или других подобных грунтов, не обеспечивающих надежного закрепления анкера, а также в слое грунта, структура которого может быть подвержена разрушению или нарушению связности в результате оттаивания, размывов, выветривания, подработки или других причин.
Раскрывающееся анкерное устройство (АС-200) представляет собой конструкцию из двух анкеров, оснащенных двумя тягами с раскрывающимися двумя лопастями на каждой и конусами для погружения их в грунт, а также силового соединительного пояса. При необходимости увеличения несущей способности анкерного устройства на каждой тяге могут быть установлены по две пары раскрывающихся лопастей.
Установка лепестковых (раскрывающихся) анкеров в грунт производится с помощью забивной трубы. При этом анкер помещается в трубу, труба вместе с анкером забивается в грунт на проектную глубину. Затем труба извлекается на поверхность, а анкер остается на заданной глубине, так как его лепестки при раскрытии упираются в стенки скважины, образованные трубой. Полное раскрытие лепестков производится при извлечении анкера из грунта на высоту 30-35см. Верхние лепестки анкера после их раскрытия должны находиться в минеральном грунте на проектной глубине. Раскрытие лепестков анкера фиксируется по показаниям динамометра. Анкерные устройства АС-200 (Рис.17.) характеризуются компактностью, пониженной металлоемкостью и высокой надежностью раскрытия лопастей.
Анкерные устройства АС-200 могут устанавливаться преимущественно в глинистых и суглинистых грунтах. Область их применения должна регламентироваться актом и протоколом приемочных испытаний, а также нормативными документами на их применение.
Конструкция раскрывающего анкера типа АР-401 (Рис.18) представляет собой штангу в виде трубы (диаметром 168 мм, с толщиной стенки 8-10 мм), которая снабжена заостренным наконечником, расположенным на забойном конце, и четырех лопастей трапецеидальной формы, которые шарнирно крепятся к штанге, лопасти расположены попарно в два яруса по длине штанги с углом поворота в плане между парами 90°.
1. Трубопровод;
2. Тяга (труба);
3. Раскрывающаяся лопасть;
4. Силовой соединительный пояс.
Рис.18 .Анкерное устройство раскрывающегося типа АР-401, Р-401В
Способ основан на использовании прочностных свойств и продольной жесткости самого трубопровода, позволяющих балластировать его сосредоточенными нагрузками в несколько десятков тонн.
Раскрывающийся анкер погружается в грунт под действием ударной нагрузки, прикладываемой к оголовнику его штанги, после чего он раскрывается обратным частичным извлечением из грунта с помощью мощного трубоукладчика или специально разработанного для этого механизма.
Закрепление газопроводов анкерными устройствами типа АР-401 и АР-401В можно осуществлять как в зимних, так и в летних условиях преимущественно на болотах, заболоченных и обводняемых территориях; при этом верхние лопасти анкера после их раскрытия должны находиться в минеральном грунте на глубине не менее 3 метров. Весь комплекс работ выполняется в 3 этапа:
• Подготовительный - расчистка вдольтрассового проезда, устройство “карманов” в отвале грунта, раскладка анкеров и деталей соединения;
• Основной - забивка анкеров;
• Заключительный - приведение анкеров в рабочее положение, монтаж соединительных анкерных устройств на трубопроводе.
Раскрытие лопастей анкера фиксируется по резкому увеличению показаний динамометра при нагрузках от 25 до 40 т(с, ход анкера составляет 120-150 см.
Закрепление трубопроводов анкерными устройствами АР-401 осуществляется специальной бригадой, состав которой колеблется в зависимости от сезона производства работ.
Забивка анкеров АР-401 в грунт производится с использованием сваебойного оборудования, например, СП-49 или С-870. (Рис.19). При толщине мерзлого грунта более 30 см необходимо предварительное бурение скважин бурильной установкой БМ-802С.
Учитывая значительную материалоемкость раскрывающихся анкеров АР-401 и АР-401В целесообразность применения их для балластировки газопроводов должна подтверждаться
технико-экономическими расчетами.
Забивные анкера, применяются для ответственного монтажа конструкций, кабельных трасс, консолей, ворот, крепления тяжеловесных материалов и оборудования к бетону, естественному камню, полнотелому кирпичу и.т.д. Простой и быстрый монтаж – устанавливается в предварительно просверленное отверстие, соответствующее диаметру и длине анкера, расклинивается специальным инструментом (Рис.20). При забивании анкера в предварительно просверленном отверстии, происходит распирание его сегментов, что предотвращает прокручивание анкера и надежно его фиксирует. При вкручивании болта происходит дополнительное распирание и надежная фиксация.
Рис. 20. Схема монтажа
Рекомендуемая нагрузка на забивной анкер, не должна превышать 25% от максимальной нагрузки на вырывание.
Забивные анкеры забивают в вертикальном или наклонном положении рабочую часть анкера, к которой затем крепят анкерную тягу. Часто для увеличения жесткости рабочую часть анкера крепят к анкерной плите. Забивка анкеров в грунт производится с использованием сваебойного оборудования. При толщине мерзлого грунта более 30 см необходимо предварительное бурение скважин бурильной установкой. Забивной анкер – наиболее распространенный и простой тип анкеров, используется практически во всех случаях – анкер забивается в конструкцию и уже в него ввинчивается крепежное изделие.
Буровые анкеры могут быть применены в разнообразных грунтовых условиях, в том числе при неоднородном напластовании грунтов с прослойками твердых включений. Буровые анкеры выполняют во всех типах грунтов, причем анкеры с камуфлетным уширением рекомендуется применять в. грунтах, способных уплотняться при взрыве, анкеры с разбуренным уширением в песчаных грунтах, инъекционные — в гравелистых, песчаных и трещиноватых скальных породах. В песчаных грунтах инъекционные анкеры устраивают следующим образом. После забуривания скважины в нее опускают стержень или проволоку, на которых закреплен резиновый уплотнитель, отделяющий анкерную зону длиной от 4 до 6 м от остальной части скважины. Закрепление трубопроводов инъекционными анкерными устройствами осуществляют на болотах с глубиной, равной или меньшей глубины траншеи, с подстилающими минеральными грунтами, обеспечивающими надежную работу анкеров, а также на пойменных и периодически обводняемых участках.
Способ по закреплению трубопровода выстреливаемыми анкерами предложен для использования его в минеральных грунтах. Сущность основана на том, что анкеры с прикрепленными к ним тягами выстреливаются в грунт гарпунно-китобойной пушкой (Рис.21) с трактора или автомобиля и состоит сз следующих основных частей: ствола, люльки, тормозов отката-накатника, поворотной рукоятки, вилки и тумбы.
Ствол находится в люльки и может в ней передвигаться вдоль своей оси.
Выстреливаемые анкеры представляют собой патрубки длиной 1-1,5 м диаметром до 7 см с прикрепленными к их концам гибкими металлически.ми прутками. Оголовки патрубков имеют острия и лепестки или лопасти, раскрывающиеся при вытягивании патрубков на 15-20 см вверх. Тяги анкеров после подтягивания приваривают к силовому поясу, под который предварительно укладывают прокладку из бризола и футеровочный мат.
Гарпунная пушка установливается на лафете, закрепленном на тракторе или ином транспортном средстве. Рукояткой поворотной вилки осуществляют наводку пушки. Пороховой заряд, энергией которого выталкивается анкер, помещается в латунную гильзу. Снаряжение гильзы производится следующим образом (рис.5): в латунную гильзу закладывают пороховой заряд (330 г ЗМ-ГКП-БМ и 210 г ЗМД-ГКП-БМ) петардой в сторону отверстия под капсюльную втулку; сверху последовательно устанавливают резиновый дискобтюратор, древесноволокнистые пыжи, резиновый дискамортизатор и ввинчивают капсюльную втулку.
Гильзу вставляют в ствол пушки с казенной частью. Канал ствола со вставленной гильзой запирают клиновым затвором. Анкер вставляют в ствол с дульной части до упора в диск-амортизатор. Цилиндрический шток анкера помещается в стволе, а головка с лопастями остается с наружи ствола. Чтобы анкер не выскользнул из пушки до выстрела, его закрепляют вязальной проволокой с помощью захвата, или кольцевого захвата (для анкеров со срезаемыми штифтами). При выстреле ударник разбивает капсюльную втулку, ввинченную в гильзу. Воспламенившись, втулка поджигает пороховой заряд; при сгорании его образуются газы, под давлением которых выталкивается анкер. Анкер входит в грунт, а ствол отходит назад, скользя в люльке, и под действием сжатых пружин возвращается в исходное положение.
При выстреливании патрубок-снаряд погружается в грунт па 3-5 м. С помощью гибких прутков трубопровод закрепляют в необходимом положении.
Недостатком этой конструкции является то, что для выстреливания анкеров базовая машина должна находиться перпендикулярно к оси траншеи, что связано с обязательным наличием челночных подъездов и значительными затратами времени.
Анкер клиновой — это разновидность крепежного материала, применяемая на ответственных участках. Анкер клиновой используется на объектах повышенной нагрузки. Такие анкера забиваются в предварительно заготовленное отверстие, после чего затягиваются гайкой (Рис. 22). Такие анкерные болты оснащены специальным клином, который этапе установки распирается и создает великолепное внутреннее сопряжение. Анкер клиновой изготавливается по технологии холодного проката из оцинкованной (желтопассивированой ) стали. Анкер клиновой с помощью специального клина осуществляет фиксацию в гнезде.
Анкер выполнен в виде резьбовой шпильки с конусообразным хвостовиком на конце, короткой внешней оболочки (гильзы) в виде пояска на хвостовике анкера, гайки и шайбы. При закручивании гайки происходит перемещение шпильки вдоль продольной оси в направлении гайки, хвостовик шпильки при этом начинает распирать внешнюю оболочку в отверстии. От проворачивания в отверстии, гильзу удерживают выступающие по ее периметру специальные упоры.
Анкеры цилиндрические и с камуфлетным уширением применяются в песчаных и глинистых грунтах. Для повышения несущей способности анкера следует выполнять несколько уширений, расстояния между которыми должны удовлетворять условию: l = 3Dy, где Dy - диаметр уширения.
Производство работ по бурению скважин осуществляется буровыми машинами, передвигающимися по спланированному преимущественно за счет подсыпки грунта) дну траншеи, а также с помощью специального навесного оборудования к гидравлическим одноковшовым экскаваторам, выполняющим работы по бурению скважин с бермы траншеи.
Для разработки скважин парооттаиванием используются передвижные паровые котлы с рабочим давлением 1,0 МПа, производительность которых должна обеспечивать работу целесообразного числа одновременно работающих паровых игл, исходя из расчетного расхода пара до 20-25 кг/час на одну работающую иглу.
Основными преимуществами, способствующими широкому внедрению анкерных устройств в трубопроводное строительство являются:
· быстрота их доставки и установки;
· возможность заглубления анкера без нарушения грунта;
· незначительный собственный вес по сравнению с развиваемой удерживаемой силой;
· небольшая стоимость.
В. Контроль качества производства работ по закреплению трубопроводов
1.При производстве и приемке работ по балластировке и закреплению газопроводов должны выполняться требования проекта, СНиП 2.05.06-85, ГОСТ, ТУ и проекта по мере поступления ВАУ на трассу трубопровода;
"Магистральные трубопроводы", СНиП III-42-80* "Правила производства и приемки работ. Магистральные трубопроводы" и "Свода правил" СП 107-34-96.
2.При производстве и приемке работ по балластировке и закреплению газопроводов должен осуществляться входной, операционный и приемочный контроль.
3. Входному контролю подвергаются материалы, средства и устройства для балластировки и закрепления газопроводов, которые должны иметь технический паспорт (сертификаты).
4. Импортные материалы, средства и устройства проверяются по показателям, оговоренным в контракте.
5. Материалы, средства и устройства, не соответствующие требованиям проекта, должны быть отбракованы в установленном порядке.
6. Операционный контроль качества выполняемых работ по балластировке и закреплению газопроводов производится согласно требованиям проектов производства работ и технологических карт, утвержденных в установленном порядке.
7. Приемочный контроль качества балластировки и закрепления газопроводов производится с целью проверки соответствия выполненных работ требованиям рабочей документации, технологических карт и проектов производства работ. При этом проверяются:
- общее число установленных на каждом из участков средств балластировки;
- расстояния между утяжелителями (группами), анкерными устройствами и т.п.;
- протяженность участков, закрепленных грунтом с использованием НСМ;
- несущая способность анкерных устройств на отдельных участках по результатам контрольных испытаний выдергивающей нагрузкой (величина нагрузки и число испытаний определяется проектом, но не менее трех штук);
- качество установки футеровочных матов;
- наличие актов на скрытые работы по балластировке и закреплению участков газопровода.
8. Соответствие выполненных работ рабочим чертежам должно быть оформлено актом приемки работ, подписываемым ответственными представителями заказчика и подрядчика.
9. расстояние между ВАУ по проекту с уточнением расстояний от результатов контрольных испытаний;
10. заглубление анкера и качество соединения тяг анкеров с силовым поясом;
11. отклонение оси анкера от вертикали (не должно превышать ±15°);
12. нарушение целостности изоляционного покрытия трубы и элементов анкера на трубопроводе;
13. наличие и правильность установки, футеровочного мата и прокладок;
14. Ежедневно после установки анкерных устройств на трубопровод в течение рабочей смены производитель работ составляет паспорт по установленной форме, в котором регистрирует результаты контроля и предъявляет его на подпись представителю территориальной инспекции по качеству строительства.
15. Все выявленные в ходе контроля дефекты и отклонения от нормативной и проектной документации должны быть исправлены до начала последующих работ;
16. Контроль качества сварных соединений производится внешним осмотром по ГОСТ 3242, неразрушающий контроль проводится по ГОСТ 14782.
6. Мероприятия по охране окружающей среды
· При организации работ по балластировке трубопроводов анкерными устройствами необходимо осуществлять мероприятия и работы по охране окружающей природной среды, которые должны включать рекультивацию земель, предотвращение потерь природных ресурсов, предотвращение или очистку вредных выбросов в почву, водоемы и атмосферу. Указанные мероприятия и работы должны быть предусмотрены в проектно-сметной документации.
· Производство строительно-монтажных работ в пределах охранных, заповедных и санитарных зон и территорий следует осуществлять в порядке, установленном специальными правилами и положениями о них.
· На территории строящихся объектов не допускаются непредусмотренные проектной документацией свалка древесно-кустарниковой растительности и засыпка грунтом корневых шеек и стволов растущих деревьев и кустарников.
· Выпуск воды со строительных площадок непосредственно на склоны без надлежащей защиты от размыва не допускается. При выполнении планировочных работ почвенный слой, пригодный для последующего использования, должен предварительно сниматься и складироваться в специально отведенных местах.
· Временные автомобильные дороги и другие подъездные пути должны устраиваться с учетом требований по предотвращению повреждений сельскохозяйственных угодий и древесно-кустарниковой растительности.
· При производстве работ по балластировке трубопроводов инъекционными анкерами должны быть приняты предусмотренные проектом меры по предотвращению загрязнения подземных вод нижележащих горизонтов.
· Производственные и бытовые стоки, образующиеся на строительной площадке, должны очищаться и обезвреживаться в порядке, предусмотренном проектом организации строительства и проектами производства работ.
· Попутная разработка природных ресурсов допускается только при наличии проектной документации, согласованной соответствующими органами государственного надзора и местной администрацией.
· Работы по мелиорации земель, созданию прудов и водохранилищ, ликвидации оврагов, балок, болот и выработанных карьеров, выполняемые попутно со строительством объектов промышленного и жилищно-гражданского назначения, следует производить только при наличии соответствующей проектной документации, согласованной в установленном порядке с заинтересованными организациями и органами государственного надзора.
· При производстве работ, связанных с вырубкой леса и кустарника, строительство необходимо организовать так, чтобы обеспечить оттеснение животного мира за пределы строительной площадки.
Винтовые анкера, болты, гайки, талрепы имеют антикоррозионные покрытия и не являются загрязнителями окружающей среды. Силовой соединительный пояс изготавливается по ТУ 3663-002-95917936-2007, где в разделе 4 оговорены требования охраны окружающей среды. Винтовые анкеры и стальные комплектующие утилизируются путем переплавки на металлургических предприятиях.
Используемая литература:
1. Г.Г. Васильев, В.В. Орехов, М.А. Лежнев. Сооружение и ремонт магистральных трубопроводов. М., 2004 г.
2. В.Н.Железков. Винтовые сваи в энергетической и других отраслях строительства.
3. Н.П. Васильев «Балластировка и закрепление трубопроводов».
Москва, Недра, 1984.
4. Методические рекомендации по установке закладных деталей и анкерных болтов и защите их от коррозии.