Полиэтиленовые термоусаживаемые муфты «ТУТ-АПС» для стальных свай

Уральский завод полимерных технологий «Маяк»

(УЗПТ «Маяк»)

ПОЛИЭТИЛЕНОВЫЕ ТЕРМОУСАЖИВАЕМЫЕ МУФТЫ «ТУТ-АПС»

для

стальных свай

ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

ДЛЯ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Озерск, 2008г

Для уменьшения влияния сил морозного пучения грунтов на опоры надземных трубопроводов ВНИИГАЗ (ГАЗПРОМ) разработали и испытали анкерную противопучинную сваю. Конструктивной особенностью этой сваи, помимо оригинального анкерного пояса, было применение полиэтиленового покрытия в средней части сваи, находящейся в деятельном слое грунта. Натурные испытания, проведенные в течении пяти лет на полигоне под Норильском, показали эффективность этой конструкции.

Посредством нижеописанных конструктивных решений в свае достигнуто сразу два эффекта, повышающих ее устойчивость на воздействия сил морозного пучения:

Снижение касательных сил морозного пучения на боковую поверхность сваи; Увеличение удерживающих сил в слое вечномерзлого грунта.

Снижение сил морозного пучения на сваю достигнуто за счет полиэтиленового слоя в средней части сваи (рис.2). По итогам испытаний в РАО «Газпром» внедрен РД -10-95 «Инструкция по возведению и расчету анкерных противопучинных свай конструкции «ВНИИГАЗ-NКK» для опор надземных трубопроводов в районах распространения вечной мерзлоты». Эта инструкция разработана в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты», в развитие СНиП 2.02.04-88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах», СНиП 2.05.06-85 «Магистральные трубопроводы» и основным документом по ведению расчета и монтажа противопучинной свайной конструкции в РАО «Газпром».

Конструкция сваи «ВНИИГАЗ-NКK» представлена на рисунке 1, а поэлементный состав на рисунке 2.

Специалистами «Уральского завода полимерных технологий «Маяк» разработаны толстостенные полиэтиленовые термоусаживающиеся муфты, названные «ТУТ-АПС» (термоусаживающиеся трубы анкерных противопучинных свай).

Муфту «ТУТ-АПС» можно монтировать как заводских, так и в полевых условиях, что исключает возможность повреждения покрытия при транспортировке сваи к месту установки.

Еще одной особенностью муфт «ТУТ-АПС» является возможность монтажа на железобетонные сваи.

«ТУТ-АПС» выпускаются по техническим условиям ТУ .

«ТУТ-АПС» могут эксплуатироваться в интервале рабочих температур от ми­нус 65°С до плюс 80°С.

Условное обозначение при заказе состоит из букв «ТУТ-АПС» и двух групп цифр, где числитель обозначает внутренний диа­метр полиэтиленовой трубы в состоянии поставки, а знаменатель - диаметр трубы после пол­ной усадки, толщину стенки после усадки и номер ТУ.

Пример условного обозначения труб термоусаживающихся анкерных противопучинных свай толстостенных типа «ТУТ-АПС», с внутрен­ним диаметром в состоянии поставки 200 мм и после полной усадки 100 мм и толщиной стенки 3 мм:

"ТУТ-АПС - 200/100-3 ТУ ".

Данные для заказа труб ТУТ следует выбирать из таблицы 1.

Примечание: Труба выпускается мерными отрезками. Длины отрезков 1000 мм, 1300 мм, 2000 мм, 2500 мм.

Таблица 1.

Условное обозначение (типоразмер) ТУО-ПС	Внутренний диаметр ТУТ в состоянии поставки, мм, не менее	Размеры ТУТ после полной усадки, мм
Внутренний диаметр, не более	Толщина стенки
ТУТ-АПС - 200/100	200,5	100,5	3,0±0,15
ТУТ-АПС - 300/150	300,5	150,5	3,0±0,15
ТУТ-АПС - 400/200	400,5	400,5	3,0±0,15
ТУТ-АПС - 600/300	600,0	600,5	3,5±0,20

Примечания:

1. По согласованию с заказчиком ТУТ-АПС могут изготавливаться других типоразмеров.

2. По согласованию с заказчиком допускается изготовление ТУТ-АПС с другими соотношениями диаметров трубок до и пос­ле усадки и другими толщинами стенок трубок.

Материалы, используемые для изготовления ТУТ-АПС, не являются ток­сичными. Применение ТУТ-АПС не требует специальных мер предосторожности.

При выполнении работ по усадке ТУТ-АПС открытым пламенем газовой горелки или паяльной лампы необходимо руководствоваться «Правилами по­жарной безопасности в Российской Федерации», ППБ-01-93.

Каждая партия ТУТ-АПС сопровождается документом (паспор­том) удостоверяющим качество и соответствие требованиям ТУ, в котором указывается:

-  наименование предприятия-изготовителя;

-  обозначение ТУ;

-  номер и дата выдачи документа о качестве;

-  условное обозначение ТУТ-АПС;

-  марка сырья;

-  номер партии;

-  размер партии в штуках;

-  дата выпуска партии.

ТУТ-АПС могут транспортироваться любым видом транспорта при соблюдении пра­вил перевозки грузов, действующих на соответствующем виде транспорта.

При погрузке, транспортировании и разгрузке ТУТ-АПС должны прини­маться меры, исключающие возможность их повреждения.

ТУТ-АПС должны храниться в закрытых помещениях при температуре окружающего воздуха от минус 50°С до плюс 50°С на расстоянии не менее 1 метра от отопительных и нагревательных приборов.

Рис.1 Противопучинная свая конструкции ВНИИГАЗ-NКK

Рис.2 Поэлементный состав сваи ВНИИГАЗ-NКK

Применение анкерного устройства в конструкции сваи ведет к увеличению удерживающих сил в слое вечномерзлого грунта, а использование полиэтиленовой рубашки снижает касательные силы морозного пучения на боковую поверхность сваи. Это хорошо видно из результатов испытаний, приведенных на рисунке 3

Рис.3 Показания динамометра (натурные данные)

Как видно из графика, испытания показали эффективность полиэтиленовой поверхности по сравнению с гладкой стальной поверхностью: уменьшение сил морозного пучения на 30 – 70%.

РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ НА УСТОЙЧИВОСТЬ

Расчет по несущей способности сваи выполняется в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85. Расчет на устойчивость проводится по СНиП 2.02.03-85 с учетом опытных данных. Целью расчета на устойчивость является определение глубины заложения сваи в вечномерзлый грунт. устойчивость свайных конструкций на действие касательных сил морозного пучения проверяется по расчету (СНиП 2.02.04-88. п.4.41):

τfh Аfh - F ≤ Fr γc/ γn,

где τfh – расчетная удельная касательная сил пучения, кПа, кгс/см²;

Аfh - боковая площадь смерзания в пределах сезонно-талого слоя, см²;

F – расчетная нагрузка на сваю, кН, кгс;

Fr – расчетное значение удерживающей силы от пучения, кН, кгс;

γc – коэффициент условий работы ( 1,0);

γn – коэффициент надежности по назначению погружения (1,1)

5. Опытным путем найдены значения расчетной удельной касательной силы пучения (τfh) на границе полиэтиленового покрытия сваи ВНИИГАЗ-NKK и грунта (см. таблицу)

Грунты и степень водонасыщения	Значение τfh (кПа, кгс/см²) при глубине сезонного слоя dth (м)
1,0	2,0	3,0
Пылевато-глинистые при показателе текучести JL >0,5, пески мелкие и пылеватые при степени влажности Sr > 0,95	45 (0,5)	40 (0,4)	35 (0,4)
Пылевато-глинистые при показателе текучести 0,25 ≤JL ≤ 0,5, пески мелкие и пылеватые при степени влажности 0,8 <Sr ≤ 0,95, крупнообломочные с заполнителем ( глинистым, мелкозернистым и пылеватым) свыше 30%	35 (0,4)	35 (0.4)	25 (0,3)
Пылевато-глинистые при показателе текучести JL > 0,25, пески мелкие и пылеватые при степени влажности 0,6 <Sr ≤ 0,8, крупнообломочные с заполнителем ( глинистым, мелкозернистым и пылеватым) от 10 до 30%	30 (0.3)	25 (0,3)	20 (0.2)

Свая ВНИИГАЗ – NKK предназначена для использования по принципу 1 в вечномерзлых грунтах. Расчет удерживающих сил ведется по формуле

n n

Fr = 2/3Uскв∑ Rsh, i ha, i + 1/3U∑ Rnf, i hi,

i=1 i=1

где Uскв, U – периметры скважины и сваи соответственно, см;

Rsh, i – расчетное сопротивление i – го слоя грунта сдвигу по поверхности смерзания с грунтовым раствором, кПа, кгс/мм²;

Rnf, i – расчетное сопротивление i – го слоя вечномерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания с телом сваи, кПа, кгс/мм²;

ha, i – толщина i – го слоя грунта от дневной поверхности до анкерного пояса, см;

hi - толщина i – го слоя грунта, расположенного ниже верхней границы вечной мерзлоты, см

В первой части формулы ведется расчет удерживающих сил на границе «грунтовый раствор-грунт» и по всей длине сваи, а во второй части на границе «свая-грунтовый раствор» до верхней границы слоя вечномерзлого грунта. Процент рабочей площади, приходящейся на поверхность сваи (граница «свая-раствор») и на скважину (граница «грунт-раствор»), вычислен графически.

7. При использовании двух анкерных поясов расчет ведется по формуле

n

Fr = Uскв∑ Rsh, i ha, i, i=1

где нижнюю границу ha следует принимать между «лепестками» анкерных поясов.

Сооружение более двух анкерных поясов является неэкономичным.

В сложных грунтовых условиях расчет ведется путем подбора величины заложения сваи в массив вечномерзлого грунта. Расчет на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента проводится в соответствии с рекомендуемым приложением 1 СНиП 2.02.03-85 и рекомендуемым приложением 6 СНиП 2.02.04-88.

МЕТОДИКА СБОРКИ ЭЛЕМЕНТОВ СВАИ И УСТРОЙСТВА АНКЕРНЫХ ПОЯСОВ

Свая состоит из трех составных элементов (см рис. 2):

Оголовок сваи (функциональная часть); Средняя часть, покрытая полиэтиленовым слоем; Анкерная часть.

Свая выполняется в виде составной металлической трубной конструкции. Все составные элементы имеют одинаковый диаметр (152-426 мм). Величина анкерной части определяется из расчета на устойчивость. Средняя часть защищается толстостенной термоусаживаемой полиэтиленовой муфтой «ТУТ-АПС». В готовой конструкции покрытая полиэтиленом часть сваи должна полностью пере

крывать сезонноталый слой грунта (см. рис.1) с выходом в вечномерзлый грунт (около 50 мм) и дневную поверхность.

Величина оголовка сваи (функциональной части) выбирается проектировщиками в зависимости от конструкции опор и их крепления. анкерные пояса монтируются в нижней (анкерной) части сваи путем резки и сварки. По периметру сваи вырезаются два «окна» и по половине вырезанного элемента всей плоскостью приваривается к каждому из них. Второй анкерный пояс монтируется под углом в 90º к первому. Второй анкерный пояс ставится при высоких выдергивающих нагрузках на сваю (каждый анкерный пояс, но не более двух, увеличивает удерживающие силы сваи вдвое). Нижний конец сваи может быть выполнен в виде заваренной плоской пяты или острого наконечника.

УКАЗАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ МУФТ «ТУТ-АПС»

При использовании ТУТ-АПС для защиты средней части свай конструкции «ВНИИГАЗ-NKK», равно как и свай любой другой конструкции, для получения надежной изо­ляции необходим правильный выбор диаметра трубы в состоянии поставки и диаметра полностью усаженной трубы, длины участка сваи, требующего защиты и использование в случае необходимости, соответству­ющего адгезива.

Для обеспечения качественной изоляции изделия следует применять ТУТ-АПС диаметром после полной усадки на 15-20% меньше диаметра защищаемой сваи.

Для обеспечения высоких адгезионных свойств, поверхности покрываемые ТУТ-АПС, должны быть очищены от загрязнений, заусенцев и не иметь острых граней.

Усадка ТУТ-АПС, обеспечивающая полное обжатие изолируемого изделия, происходит в результате ее нагрева до температуры не менее 120°С горячим воздухом или открытым пламенем газовой горелки. Усаживание ТУТ-АПС следует начинать с середины отрезка, кольцевыми движениями нагревая трубу. После того, как центральная часть отрезка ТУТ-АПС усядет, плотно закрепившись на свае, можно, последовательно перемещая горелку вправо и влево, усаживать остальные части трубы ТУТ-АПС.

Усаженная ТУТ-АПС до ее остывания не должна подвергаться внешним механическим воздействиям, так как это может привести к ее пластической де­формации и разрушению.

Срок службы ТУТ-АПС в условиях эксплуатации, указанных выше, составляет не менее 25 лет.

СПОСОБ УСТАНОВКИ СМОНТИРОВАННОЙ СВАИ В ПРОЕКТНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ

Сваи устанавливаются в проектное положение исключительно буроопускным методом при соблюдении принципа 1, то есть без оттаивания. Диаметр скважины выбирается исходя из реальной величины наварных деталей («лепестков») анкерных поясов. Глубина заложения сваи определяется по расчету, но в любом случае покрытая полиэтиленом часть не должна быть опущена ниже верхней границы вечномерзлого грунта более чем на 50 мм. Скважины под свайные конструкции бурятся с учетом совмещения ее функциональных частей и расположения пластов грунта.

ЛИТЕРАТУРА

РД – 10 – 95 Инструкция по возведению и расчету анкерных противопучинных свай конструкции «ВНИИГАЗ-NKK» для опор надземных трубопроводов в районах распространения вечной мерзлоты. СНиП 2.02.04.-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах СНиП 2.02.03.-85. Свайные фундаменты. СНиП 2.05.06.-85. Магистральные трубопроводы. Научно-технический отчет. Длительные испытания свай в вечномерзлых грунтах. М.; ВНИИГАЗ. 1991 Научно-технический отчет. Испытания противопучинных свай в мерзлых грунтах. М.; ВНИИГАЗ, 1994 ГОСТ . Свая. Методы полевых испытаний в вечномерзлых грунтах.