ar-net.ru 12.2.12 Уравновешивание сил противодействия от гидравлического давления проводится в соответствии с разделом 11.
На опасных и потенциально опасных участках прокладки трубопровода не допускается применение упорных и гравитационных блоков. На таких участках не допускается строительство колодцев для размещения трубопроводной арматуры.
12.2.13 Тампонирование образовавшегося провала проводится в соответствии с требованиями инженерно-геологических документов по защите грунтов от провалов.
12.3 Проектирование трубопроводов на тампонированных закарстованных массивах
12.3.1 Проектирование на этих участках проводят в соответствии с указаниями раздела 10, как на просадочных грунтах. Глубина осадки (деформации) фунта (стрелка прогиба) в этом случае не должна превышать предельно допустимых значений при наиболее неблагоприятной осадке грунта согласно СП 31.13330.
12.3.2 При проектировании трубопроводов на потенциально опасных участках при возможных провалах в виде воронок и колодцев обязательно укладывают на стойки или сваи, заглубляемые на материковом основании. Несущая способность стоек и свай должна быть достаточной для надежной работы трубопровода в случае деформации (осадки) грунта материкового основания трубопровода при возможных внезапных провалах грунта основания.
12.3.3 Внешние допустимые нагрузки от грунта по 12.3.1 в этом случае от веса трубы и воды на трубы, уложенные на стойки или сваи, и расстояние между сваями определяют по методике, изложенной в разделе 10, с учетом несущей способности труб в осевом направлении и значения стрелы прогиба трубопровода при расчетной длине трубы на опорах, равной 6 м.
12.3.4 Основными внешними нагрузками при расчете на прочность труб ВЧШГ являются равнодействующие нагрузки от веса грунта, веса трубы и веса воды.
12.3.5 К нагрузкам, действующим вдоль оси трубопровода, относятся усилия изгиба от воздействия внешних вертикальных нагрузок и внутреннее гидростатическое давление.
12.3.6 Вертикальное давление от внешних нагрузок на трубу воспринимается железобетонными сваями, колоннами, а также трубными сваями из ВЧШГ и передается на грунт.
Условием равновесия системы является равенство несущей способности свай и колонны (стоек), суммарных вертикальных нагрузок и веса свай и колонны.
12.3.7 Расчет на прочность труб, уложенных на опоры, проводят по методике, изложенной в 6.2 и 6.3, на совместное воздействие внешних изгибающих нагрузок и внутреннее гидростатическое давление.
12.3.8 Пример расчета на прочность трубопровода из ВЧШГ, прокладываемого на опасном закарстованном массиве
Исходные данные:
Трубопровод наружным диаметром 635 мм, толщиной стенки трубы h = 9,9 мм; труба класса К-9 укладывается на сваи, удельная масса трубы , расчетное сопротивление материала трубы на растяжение МПа, удельная масса грунта засыпки в насыпи , удельная масса трубы , коэффициент надежности по нагрузке n = 1,15, коэффициент концентрации давления грунта засыпки . Труба длиной l = 6 м. Глубина заложения от верха траншеи до верха трубы - 2,0 м, расчетное внутреннее гидростатическое давление в трубопроводе МПа. Возможная глубина обрушения грунта основания - 2,0 м.
Движение транспорта не допускается.
Необходимо определить значения расчетных напряжений. Грунт основания неагрессивен.
12.3.8.1 Величины внешних расчетных нагрузок принимают по данным 5.10. Равнодействующие вертикальные удельные нагрузки будут равны:
- от давления грунта - 33,08 кН/м;
- от собственного веса трубы - 1,54 кН/м;
- от массы транспортируемой воды - 2,89 кН/м.
12.3.8.2 Суммарная удельная нагрузка на трубу будет равна 37,51 кН/м.
Суммарная нагрузка на трубу длиной l = 6 м будет равна 225,06 кН.
12.3.8.3 Момент сопротивления трубы в поперечном направлении равен 3035,74 .
Момент сопротивления сечения над опорой в продольном направлении, определяемый по формуле (6.7), равен 6,7 .
Для расчета напряжений изгиба от моментов над опорой используется ширина опоры b, которую принимают условно равной 0,5 .
Кольцевые нормальные напряжения от внешних изгибающих моментов над всей шириной опоры определяются по формуле (6.8).
12.3.8.4 Трубы укладываются на железобетонные фундаменты при угле опирания . Расчет и конструкция фундаментов приведены в 6.10. Без отрыва трубы от фундамента момент от воздействия грунтовой нагрузки будет равен 1,188 кНм.
12.3.8.5 Момент от воздействия веса трубы и воды и будет равен 0,083 кНм.
Суммарный момент от изгибающих сил будет равен 1,354 кНм.
Кольцевые нормальные растягивающие напряжения от суммарного изгибающего момента над опорой будут равны 202,2 МПа.
12.3.8.6 Растягивающие кольцевые напряжения от гидростатического давления будут равны 49,45 Мпа#.
Суммарные растягивающие продольные напряжения будут равны: 251,65 МПа < 300 МПа.
Вывод: труба класса К-9 удовлетворяет прочностным требованиям.
12.3.8.7 При укладке трубы на плоское основание опоры b = 30 см с углом охвата трубы суммарные изгибающие моменты будут равны 3,039 кНм.
Растягивающие напряжения от изгиба над опорой при моменте сопротивления трубы 6,7 будут равны 502,8 МПа, а суммарные кольцевые растягивающие напряжения будут равны: 502,8 + 49,45 = 552,25 МПа > 300 МПа.
Вывод: трубы класса К-9 не удовлетворяют заданным условиям. В этом случае необходимо применить трубы других классов прочности или увеличивать ширину опоры и угол охвата трубы опорой.
12.3.8.8 При расчете трубопровода на прочность при укладке трубы на узкое плоское основание шириной 14 см (швеллер номер 14) значения напряжений при соотношении 30 см / 14 см = 2,12 в 2,12 раза выше и при изгибе над опорой превышают 640 МПа, что значительно выше допустимых разрушающих напряжений труб ВЧШГ (420 МПа).
Вывод: укладки трубы на плоское основание следует избегать.
12.3.8.9 Расчет трубы как трубчатой балки проводится на прочность при поперечном изгибе от воздействия всех внешних сил с учетом растягивающих продольных напряжений от воздействия внутреннего гидростатического давления.
В этом случае суммарный момент, определяемый по формуле (6.1), будет равен 168,795 кНм, а растягивающие напряжения при поперечном изгибе при W = 3035,74 будут равны 5,56 МПа.
Продольные растягивающие напряжения от воздействия внутреннего гидростатического давления будут равны 27,2 МПа, суммарные напряжения будут равны: 5,56 + 27,2 = 31,65 МПа, что значительно меньше, чем МПа.
Вывод: прочность трубы в продольном направлении удовлетворяет условиям прокладки трубы класса К-9.
12.4 Строительство напорных трубопроводов на опасных и потенциально опасных массивах
12.4.1 Строительство напорных трубопроводов проводят только с применением железобетонных стоек и свай в соответствии с разделом 7 СП 24.13330.2011 и свайных труб из ВЧШГ, приведенных в [24].
12.4.2 Необходимую глубину погружения свай определяют физико-механическими свойствами грунтов основания, определяемыми по СП 24.13330 для железобетонных свай. Длина свай определяется в зависимости от высоты карстового слоя и глубины забивания свай [25]. При требуемой высоте сваи более 7 м необходимо применять составные сваи и стойки, соединяемые болтами, в соответствии с требованиями СП 24.13330.
12.4.3 Глубину погружения железобетонных свай в материковый грунт определяют по расчету согласно разделам 7 и 13 СП 24.13330.2011 в зависимости от несущей способности грунтов и по результатам испытаний забитых свай, в следующих пределах для свай длиной:
3-3,5 м - 2 м;
4-5 м - 2,5 м;
6-7 м - 3,5 м.