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

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

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

2. Балластировка трубопровода отдельными грузами и сплошным обетонированием

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

, (2.1)

где nб - коэффициент надежности по нагрузке;

qв - расчетная погонная выталкивающая сила воды;

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

qmp - расчетный погонный собственный вес трубопровода;

qдоп - расчетный погонный вес продукта;

??б - нормативная плотность материала пригрузки;

??в - плотность воды.

2.2. Коэффициент надежности по нагрузке nб принимается равным:

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

•1,0 - для чугунных утяжелителей.

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

, (2.2)

где g - ускорение свободного падения;

??в - плотность воды с учетом растворенных в ней солей;

Dн.и - наружный диаметр трубопровода с учетом изоляционного покрытия и футеровки.

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

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

• для выпуклых кривых:

; (2.3)

• для вогнутых кривых:

, (2.4)

где ео - модуль упругости стали;

I - момент инерции сечения трубопровода;

?? - угол поворота оси трубопровода;

?? - минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода.

2.5. Расчетный погонный собственный вес трубопровода определяется по формуле:

, (2.5)

где ??ст - плотность стали;

Dн - наружный диаметр сечения трубы;

Dвн = Dн - 2?? - внутренний диаметр сечения трубы;

?? - номинальная толщина стенки трубы.

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

, (2.6)

где ??пр - плотность перекачиваемого продукта;

Dвн - внутренний диаметр сечения трубопровода.

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

, (2.7)

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

??б - нормативная плотность бетона;

Dн.и. - наружный диаметр трубопровода с учетом слоя изоляции.

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

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

, (2.8)

где Qн - нормативный вес одного утяжелителя;

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

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

3. Закрепление трубопровода анкерными устройствами в талых грунтах

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

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

Bd = zmаРа, (3.1)

где z - количество анкеров в одном анкерном устройстве;

та - коэффициент условий работы анкерного устройства;

Ра - расчетная несущая способность анкера.

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

1) При z = 1

или

z = 2 и (Dн/Daнк) > 3:

та = 1;

2) При z ?? 2 и 1 ?? (Dн/Daнк) ?? 3:

. (3.3)

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

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

, (3.4)

где Fd - несущая способность анкера;

??k - коэффициент надежности анкера.

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

3.6. Коэффициент надежности анкера ??k принимается равным:

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

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

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

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

, (3.5)

где i - номер лопасти анкера;

n - число лопастей по высоте анкера;

??c.i - коэффициент условий работы i-ой лопасти анкера;

??1.i, ??2.i - безразмерные коэффициенты;

c1.i - расчетное удельное сцепление пылевато-глинистого или параметр линейности песчаного грунта в рабочей зоне i-ой лопасти анкера;

??1.i - осредненное расчетное значение удельного веса грунта;

h1.i - глубина залегания i-ой лопасти анкера от дна траншеи.

Аi - площадь i-ой лопасти анкера.

3.8. Число лопастей анкера принимается равным:

• п = 1- для винтовых анкеров;

• п = 2- для раскрывающихся анкеров.

3.9. Коэффициент условий работы анкера ??c.i принимается в зависимости от грунта равным:

Глины и суглинки:

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

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

Пески и супеси:

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

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

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

3.10. Безразмерные коэффициенты ??1.i, ??2.i зависят от расчетного угла внутреннего трения грунта ??1.i в рабочей зоне (под рабочей зоной понимается прилегающий к лопасти слой грунта толщиной, равной Dднк) в соответствии с табл. 3.1.

3.11. Усредненное расчетное значение удельного веса грунта ??1.i находится с учетом взвешивающего действия воды по формуле:

, (3.6)

где ??s.i - удельный вес частиц грунта;

??w.i - удельный вес воды;

ei - коэффициент пористости грунта.

Таблица 3.1

??1.i

13

15

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

??1.i

7,8

8,4

9,4

10,1

12,1

15,0

18,0

23,1

29,5

38,0

48,4

64,9

??2.i

2,8

3,3

3,8

4,5

5,5

7,0

9,2

12,3

16,6

22,5

31,0

44,4

Примечания:

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

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

•При промежуточных значениях угла внутреннего трения грунта, не указанных в табл. 3.1, значения коэффициентов ??1.i, ??2.i следует определять линейной интерполяцией.

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

Fd = ??c(??1Vbf + c1Abf cos??1), (3.7)

где Vbf - объем тела выпирания в форме усеченной пирамиды;

Abf - площадь боковой поверхности усеченной пирамиды.

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

; (3.8)

, (3.9)

где . (3.10)

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

, (3.11)

где Bd - расчетная несущая способность анкерного устройства;

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

В = kн.в + qиз – qmp – qдоп, (3.12)

в которой все условные обозначения указаны в п. 2.1.

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

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

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

z = 2;

mа = 1,0,

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

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

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

, (4.1)

где ??с - коэффициент условий работы анкера, принимаемый равным 1,2;

i - номер диска (лопасти);

п - число дисков (лопастей);

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

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

??af - коэффициент, зависящий от типа поверхности смерзания;

j - номер слоя грунта;

т - число слоев грунта;

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

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

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

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

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

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

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