Закрепление магистральных трубопроводов анкерными устройствами

Российский Государственный Университет нефти и газа им. И.М.Губкина

Факультет проектирования, сооружения и

эксплуатации систем трубопроводного транспорта

Кафедра Сооружение и ремонт газонефтепроводов и хранилищ

 

Группа ТС-06-5

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему «Закрепление магистральных трубопроводов анкерными устройствами»

Студент Райхерт Р.С

(фамилия, инициалы) (подпись)

Руководитель доц. Лежнев М.А.

(должность, фамилия, инициалы) (подпись)

Оценка за:

ритмичность работы________________

пояснительную записку_______________

защиту проекта_________________

Итоговая оценка___________

Подпись членов

комиссии:

г. Москва. 2009 г

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.