Министерство строительства предприятий
нефтяной и газовой промышленности

Министерство газовой промышленности

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

ВНИИСТ

ЮЖНИИГИПРОГАЗ

ГИПРОТЮМЕННЕФТЕГАЗ

 

 

ВРЕМЕННАЯ ИНСТРУКЦИЯ

Учет удерживающей способности грунтов
нарушенной структуры при прокладке стальных
трубопроводов на обводняемых участках

ВИ 102-2-88

 

Разработаны и внесены Всесоюзным научно-исследовательским институтом по строительству магистральных трубопроводов (ВНИИСТ) и Главвостоктрубопроводстроем Миннефтегазстроя

Всесоюзным научно-исследовательским институтом по строительству магистральных трубопроводов Миннефтегазстроя СССР: И.Д. Красулиным, канд. техн. наук, В.В. Рождественским, канд. техн. наук, А.С. Гехманом, канд. техн. наук, П.И. Кашперюком, канд. геол.-минер. наук, А.Д. Перельмитером, канд. техн. наук, С.Г. Степановой, канд. геол.-минер. наук.;

ССО «Уралтрубопроводстрой» Миннефтегазстроя СССР: Н.П. Бобрышевым, Е.Г. Елизарьевым, М.С. Богдановым;

ССО «Запсибтрубопроводстрой» Миннефтегазстроя СССР: С.П. Вельчевым, А.С. Трофимовым, А.А. Гердтом;

Гипротюменнефтегазом Миннефтепрома СССР: И.Д. Скворцовым, канд. техн. наук Г.В. Ничевиловым;

Производственным и научно-исследовательским институтом по изысканиям в строительстве Госстроя РСФСР: Т.В. Нефедовой, канд. геол.-минер. наук;

Уфимским нефтяным институтом Минвуза СССР: Ю.И. Спектором;

ЮжНиигипрогазом Мингазпрома СССР: В.С. Сумароковым, В.А. Ромоданом, Н.Н. Желудковым.

ВНЕСЕНА:

Миннефтегазстроем СССР,

Миннефтепромом СССР,

Мингазпромом СССР.

ПОДГОТОВЛЕНА к утверждению Главным научно-техническим управлением Миннефтегазстроя СССР: Н.И. Курбатовым;

Главным управлением капитального строительства Мингазпрома СССР: М.С. Федоровым.

С введением в действие «Временной инструкции. Учет удерживающей способности грунтов нарушенной структуры при прокладке стальных трубопроводов на обводняемых участках ВИ 102-2-88» утрачивают силу «Указания по балластировке грунтом стальных трубопроводов, прокладываемых на обводненных участках ВСН 1-31-71».

СОГЛАСОВАНА с Гипротрубопроводом: В.П. Воронковым;

ПНИИСом НПО «Стройизыскания»: В.В. Баулиным.

 

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящая Инструкция распространяется на проектирование вновь строящихся и реконструируемых магистральных и промысловых газопроводов, нефте- и нефтепродуктопроводов и ответвлений от них, укладываемых подземно на обводненных, прогнозно-обводняемых участках трассы, а также участках верховых болот с мощностью торфа менее 0,5 м для трубопроводов диаметром до 1420 мм включительно. Учет несущей способности допускается только в случае засыпки уложенного в проектное положение трубопровода.

Примечания: 1. K обводненным участкам относятся такие участки, на которых трубопровод в проектном положении находится в водонасыщенных грунтах на уровне не ниже верхней образующей.

2. К прогнозно-обводняемым участкам относятся такие, на которых может произойти обводнение в первые три года эксплуатации трубопровода.

1.2. Временная Инструкция разработана в развитие глав СНиП 2.05.06-85 «Магистральные трубопроводы. Нормы проектирования» и СНиП III.42-80 «Магистральные трубопроводы. Правила производства и приемки работ», регламентирует вопросы, связанные с учетом удерживающей способности минеральных грунтов нарушенной структуры и является дополнением к ВСН 007-88 «Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Конструкции и балластировка».

1.3. Удерживающая способность минеральных грунтов при проектировании трубопроводов учитывается для прямолинейных и выполняемых упругим изгибом труб криволинейных участков. При необходимости возможно дополнительное заглубление трубопровода, величина которого определяется расчетом.

1.4. Закрепление трубопроводов грунтом можно предусматривать в сочетании с утяжеляющими грузами, скорлупами, со сплошным обетонированием и анкерными устройствами, а также с геотекстильным нетканым синтетическим материалом на выпуклых кривых.

1.5. Учет удерживающей способности грунтов допускается независимо от величины положительного температурного перепада. При этом необходимо обеспечить продольную устойчивость трубопровода в соответствии с требованиями СНиП 2.05.06.85.

1.6. Учет удерживающей способности грунта не допускается в следующих случаях:

на участках, на которых в период производства работ возможно обводнение траншеи и всплытие трубопровода;

при мощности торфяной залежи более 0,5 м, если нельзя обеспечить повышенное заглубление;

на поймах рек (за исключением трубопроводов диаметром 500 мм и менее в случае отсутствия размыва пойм на участках прокладки);

на участках, сложенных песчаными грунтами с уклоном дна траншеи более 3°.

1.7. При проведении изысканий трасс трубопроводов надлежит определять уровни грунтовых вод и необходимые характеристики грунтов, используемых в качестве засыпки, а именно: влажность, плотность грунта при естественном залегании и в состоянии засыпки, плотность сухого грунта, плотность частиц грунта, коэффициент пористости, углы внутреннего трения и удельное сцепление грунта как при естественной влажности, так и в полностью водонасыщенном состоянии.

Если при изысканиях трассы трубопровода не были получены все необходимые для расчета характеристики, их следует принимать согласно нормативным документам и указаниям разд. 3 настоящей Инструкции. При этом принимаются минимальные значения плотности и угла внутреннего трения, которые могут быть у данного вида грунта.

1.8. Засыпка трубопровода в зимний период должна производиться размельченным грунтом с размерами грунтовых комьев не более 5 см, без примесей снега и ледяных включений. При засыпке трубопровода минеральным грунтом над уровнем дневной поверхности должен быть создан валик высотой более 0,3 м, а при балластировке мерзлым грунтом не менее 0,6 м.

1.9. На участках с уклонами более 3°, сложенных песчаными грунтами, и на примыкающих к переходам через водные преграды и болота III и II типа следует предусматривать устройство противоэрозионных перемычек протяженностью 12 - 25 м из грунта с геотекстильными материалами, устанавливаемых с шагом, обеспечивающим сохранность обратной засыпки трубопровода.

1.10. Засыпанный грунт перемычек уплотняется в траншее посредством поперечного наезда бульдозера на полностью засыпанную траншею с валиком.

 

2. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Устойчивость положения (против всплытия) трубопроводов, прокладываемых на обводненных и прогнозно-обводняемых участках трассы, следует проверять в соответствии с требованиями СНиП 2.05.06.85.

2.2. Расчетную удерживающую способность Р_гр (Н/м) на единицу длины трубопровода, когда уровень грунтовых вод совпадает с дневной поверхностью грунта, определяют по формулам:

                                                      (1)

где

                                               (2)

                                                (3)

В формуле (3) F рассчитывают следующим образом:

                (4)

Если при вычислении по формуле (4) F < 0, то следует принимать F = 0. В формулах приняты следующие обозначения:

D_H - наружный диаметр трубопровода, м;

h - высота слоя грунта над трубопроводом, м;

j - угол внутреннего трения обводненного грунта, град;

С₀ - удельное сцепление полностью водонасыщенного грунта, Н/м²;

g = 9,84 - ускорение свободного падения, м/с²;

r_sb - плотность грунта с учетом взвешивающего действия воды, кг/м³;

                                                              (5)

r_s - плотность частиц грунта, кг/м³;

r_b - плотность воды с учетом растворенных солей (на засоленных участках r_b = 1020 - 1200 кг/м³), кг/м³;

l - коэффициент пористости грунта;

m - коэффициент условий работы. При транспортировке нефтегазовой смеси в нестационарном режиме m = 0,5, в остальных случаях m = 0,8.

Значения j, С₀, r_s, r_b, l определяются по материалам изысканий или в соответствии с главой СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений» с учетом рекомендаций, приведенных в разд. 3 настоящей Инструкции.

Ориентировочные значения удерживающей способности грунтов приведены в табл. 1.

2.3. Удерживающую способность грунта рассчитывают для наивысшего уровня возможного стояния грунтовых и поверхностных вод: для нефтепродуктопроводов - в период строительства до момента заполнения трубопровода продуктом или водой; для газопроводов - в период строительства и эксплуатации.

2.4. При определении проектной высоты слоя грунта, находящегося над уровнем воды, необходимо учитывать осадку свеженасыпанного грунта (в зависимости от свойств грунта и способа производства работ).

Таблица 1

Ориентировочные значения удерживающей способности грунтов обратной засыпки при подземной прокладке трубопроводов

3. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГРУНТОВ, СЛУЖАЩИХ ДЛЯ ОБРАТНОЙ ЗАСЫПКИ ТРАНШЕЙ И БАЛЛАСТИРОВКИ ТРУБОПРОВОДОВ

3.1. Подвергнутые предварительной экскавации грунты, служащие для обратной засыпки трубопроводов, относятся к группе искусственных (насыпных) отложений, характеризующихся неоднородным составом, наличием пустот и макропор.

3.2. Инженерно-геологические свойства и вещественный состав грунтов изменяются во времени под влиянием сил гравитации и физико-химических процессов.

3.3. Гравитационное уплотнение обратной засыпки завершается, как правило, для песчаных грунтов в течение 2,5 - 7 лет

Рис. 1. Изменение плотности скелета r_dt песков во времени:

1 - I тип. r_dt = 1,65 - 0,11e^-0,16t; 2 - II тип. Незаболоченные участки. r_dt = 1,62 - 0,14e^-0,23t; 3 - III тип. Заболоченные участки. r_dt = 1,55 - 0,35e^-0,88t; 4 - IV тип. r_dt = 1,64 - 0,35e^-0,35t.

Рис. 2. Изменение плотности скелета r_dt связных грунтов во времени:

1 - I тип. Супесь. r_dt = 1,64 - 0,22 e^-0,20t; 2 - II тип. Супесь. r_dt = 1,56 - 0,18 e^-0,15t; 3 - III тип. Супесь. r_dt = 1,60 - 0,17 e^-0,23t; 4 - IV тип. Суглинок. r_dt = 1,76 - 0,36 e^-0,11t.

где r и r_dt - показатели плотности грунта, соответственно в природном залегании и в момент времени t;

t - время от момента обратной засыпки, подвергнутого экскавации грунта в годах;

n - коэффициент интенсивности процесса самоуплотнения;

К_r - коэффициент разуплотнения, характеризующий изменение плотности в первоначальный момент времени после экскавации;

                                                                   (7)

где r₀ - плотность грунта в момент времени t = 0, т.е. сразу после экскавации.

3.5. Коэффициенты разуплотнения и интенсивности самоуплотнения следует принимать по табл. 2.

Таблица 2

Коэффициенты, характеризующие изменения плотности грунтов обратных засыпок трубопроводов

3.6. Самоуплотнение до естественного состояния насыпных песков происходит наиболее интенсивно на заболоченных участках поймы, где грунты водонасыщены (S_z = 0,81 - 0,90); стабилизация плотности грунтов происходит в течение 2,5 лет.

3.7. При проектировании рекомендуется учитывать, что угол внутреннего трения j снижается при обводнении грунта обратной засыпки на 5 - 8 % и повышается при высыхании насыпных грунтов на хорошо дренированных участках на 3 - 5 %.

3.8. Характер и интенсивность изменения инженерно-геологических свойств грунтов обратной засыпки во времени зависят от вида грунта, его свойств в естественном залегании, способов разработки и засыпки траншеи, рельефа, уровня грунтовых вод, состояния грунта на притрассовых участках.

3.9. Самоуплотнение насыпных грунтов до стабилизированных значений происходит в течение длительного времени (см. рис. 1, 2). Поэтому для обеспечения надежности закрепления трубопроводов минеральным грунтом необходимо искусственное (техническое) уплотнение грунтов в траншее сразу после их засыпки (в соответствии с п. 1.7).

3.10. Наиболее благоприятными для закрепления трубопроводов являются глинистые грунты полутвердой и тугопластичной консистенции (супеси, суглинки, глины), обладающие высокими значениями коэффициентов сцепления и угла внутреннего трения.

3.11. Инженерно-геологические свойства нарушенных дисперсных грунтов центральных и северных районов Западной Сибири, необходимые для расчета удерживающей способности грунта, приведены в табл. 3.

Таблица 3

Ориентировочные значения характеристик грунтов нарушенной структуры для балластировки трубопроводов

 

СОДЕРЖАНИЕ