Закрепление магистральных трубопроводов анкерными устройствами

Рис.15. Винтовой янкер с коническим Рис.16. наконечником для вечномерзлого Винтовой анкер грунта без конической части для 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 = 3D_y, где D_y - 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.