Особенностистатической работы трубопроводов в сыпучих грунтах и влияние, оказываемое ими на конструкцию трубопровода и технологию ведения работ

В пустынных районах применяется главным образом подзем­ная схема укладки трубопроводов (рис. 11.1). Однако если в обычных условиях глубина заложения труб определяется в основном требованиями обеспечения защиты их от внешних

механических воздействий, то для труб, укладываемых в сы­пучие (песчаные) грунты, этот критерий оказывается недостаточным, поскольку положение поверхности песчаных грунтов непрерывно меняется под воздействием ветра. Это прежде всего относится к так называемым незакрепленным барханным пескам. Обычно пустыни с барханными песками представляют вол­нистую поверхность с различным типом и высотой барханов (от 2 до 15 м), которые подразделяются на грядовые и крупноячеистые. К первому типу относятся волнообразные холмы шириной до 120 м, параллельные друг другу; ко второму раз­бросанные в беспорядке отдельные холмы, чередующиеся с впа­динами и не имеющие четких границ. Очертание поверхности барханов постепенно меняется. Если трубопровод уложить, следуя естественным искривлениям местности в момент строитель­ства, то через некоторое время он на отдельных участках мо­жет оказаться оголенным. Кроме того, непрерывное чередова­ние впадин и гребней барханов потребовало бы применения большого числа кривых вставок. Поэтому укладка трубопро­вода с сохранением постоянной глубины заложения в сыпучих грунтах (особенно пустынях барханного типа) непригодна. В практике применялись схемы укладки по так называемому «среднему профилю". Первая схема предполагает «резку греб­ ней барханов с таким расчетом, чтобы срезаемый песок заполнил впадины. Поверхность планировки / получается ровной. На рис. 11.1, а показан профиль трассы, спланированный таким образом. Трубопровод укладывают прямолинейно в траншею 2. Опыт эксплуатации газопроводов показал, что такая схема ук­ладки непригодна. Нарушенный микрорельеф под действием ветров восстанавливает естественную форму. Гребни барханов насыпаются, а впадины, засыпанные при планировке трассы,
образуются вновь, обнажая уложенный трубопровод. По второй
схеме сохраняется средний естественный профиль / (рис. 11.1, б),
а трубопровод укладывается с искривлениями в пределах упругого изгиба 1. Однако и при такой схеме трубопровод может оголиться в результате медленных, но значительных по высоте изменений поверхности грунта. Кроме того, условия статиче­ской работы трубопровода при этой схеме ухудшаются по сравнению с первой. Искривленный трубопровод под воздействием продольных сил, возникающих в результате колебаний температуры стенок труб при изменениях режимов перекачки продукта, начинает перемещаться в поперечном направлении. При этом участки труб, имеющие выпуклости, искривляются еще больше, выходят на поверхность грунта, образуя так на­зываемые выпучины. Продольно-поперечная устойчивость та­кого участка уменьшается, способность сопротивляться продольлым силам — снижается. В результате удлинения участков, при­мыкающих к выпучине, стрелка прогиба выпучины еще больше возрастает без увеличения продольной силы, что в конце кон­цов приводит к излому труб на участках выпучивания. Для предотвращения подобных явлений лучше всего укладывать трубопровод по возможности прямолинейно, но с таким расче­том, чтобы трубопровод и во впадинах между барханами был бы заглублен на 1,5—2 м (рис. 11.1,в). При такой схеме резко возрастают объемы земляных работ, но обеспечивается устой­чивость трубопровода. Можно укладывать трубопровод в пре­делах упругого изгиба с учетом естественного профиля, но обя­зательно заглубляя его во впадины не менее чем на 1,5 м (рис. 11.1,г). Это приводит к меньшему объему земляных ра­бот, но, естественно, не гарантирует полного исключения воз­можности выпучивания трубопровода на отдельных участках. При этом решающее значение будут иметь реологические свой­ства грунта, а также возможность обтекания труб песчаным грунтом. С точки зрения обеспечения устойчивости положения трубопровода весьма целесообразно общее закрепление сыпу­чего грунта методами, уменьшающими его сыпучесть и оста­навливающие движение частиц под воздействием ветра (по­садка растительности, битумизация поверхности и т. п.). Отметим далее существенную особенность сооружения трубо­проводов на пересечениях участков поливных земель. Поливные земли имеют густую сеть оросительных каналов, арыков, ка­нав, разрушение которых при строительстве даже на короткий срок недопустимо. Поэтому обычные методы пересечения мел­ких водных преград с подземной укладкой труб в большинстве случаев оказываются неприемлемыми. Сооружение переходов балочного типа также неприемлемо, так как оросительные ка­налы периодически углубляют и расчищают с помощью машин, которые должны свободно проходить под трубопроводом. Поэтому через арыки и оросительные каналы сооружают арки, трапецеидальные и консольные переходы, позволяющие про­ходить этим машинам. Однако вследствие недостаточного за­щемления сыпучими грунтами подземных участков труб, при­мыкающих к надземным, происходит дополнительное продоль­ное сжатие надземных конструкций. На рис. 11.2 изображены схемы трапецеидального перехода. Если же не учитывать влия­ния подземных участков, то переход должен рассчитываться только на воздействия в пределах участка /₀ (рис. 11.2,а). Если же учитывать влияние подземных участков (рис. 11.2,6), то при расчете конструкции перехода следует принять во внима­ние дополнительное сжатие перехода в сечениях А и В на

ве­личину ы₀. Таким образом, при расчете надземного перехода его нужно рассматривать как одно целое с подземными участ­ками. Для улучшения статических условий работы надземного перехода необходимо' по возможности уменьшать общую же­сткость всей надземной системы, делая ее более гибкой, т. е. увеличивая компенсирующую способность. Это достигается уве­личением стрелки прогиба и пролета перехода или приданием ему определенных конструктивных форм. Можно, напротив, уве­личить жесткость надземной системы. Это уменьшает влияние примыкающих подземных участков и может быть достигнуто устройством прямолинейного балочного перехода или примене­нием для него труб с повышенной толщиной стенок. Уменьшить влияние подземных участков можно за счет уплотнения грунта вибрацией, укаткой тяжелым катком и т. п., наконец, устрой­ством специальных опор.