CC BY
13Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
General issues of construction
УДК 624.136
А.А. ФИЛИППОВИЧ, канд. техн. наук (annaiilich@mail.ru)
Томский государственный архитектурно-строительный университет (634003, Томск, Соляная пл., 2)
Исследование степени уплотнения грунта в полевых и лабораторных условиях при реконструкции магистрального нефтепровода
Настоящая работа посвящена исследованию степени уплотнения грунта при проведении сварочно-монтажных работ на магистральном нефтепроводе Анжеро-Судженск-Красноярск. Исследования проводились непосредственно на площадке реконструируемого участка нефтепровода в полевых условиях при помощи динамического зондирования грунта и стандартным методом по ГОСТу в лаборатории. Были выполнены исследования степени уплотнения грунта при устройстве грунтовых призм для раскладки трубной продукции, грунтовых призм для сварки трубопровода, при засыпке уложенного трубопровода, при устройстве амбаров и переездов. На основании проведенных исследований установлен и сопоставлен коэффициент уплотнения грунта, полученный лабораторным и оперативным методом в полевых условиях. Полученные данные позволили также оценить его соответствие проектным данным.
Ключевые слова: магистральный нефтепровод, коэффициент уплотнения грунта, грунтовая призма, оперативный метод, лабораторный метод.
A.A. FILIPPOVICH, Candidate of Sciences (Engieneering) (annafilich@mail.ru) Tomsk State University ofArchitecture and Building (2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia)
Research in Compression Ratio of Soil in Field and Laboratory Conditions during Reconstruction of Main Oil Pipeline
This work is devoted to study the degree of soil compaction during welding and installation works on the main pipeline Anzhero-Sudzhensk-Krasnoyarsk. The research was conducted directly at the site of the reconstructed section of the pipeline (in the field) by using the dynamic sensing of soil and the standard method according to GOST in the laboratory. The investigation of the degree of soil consolidation were conducted when arranging ground prisms for the layout of pipe products, ground prisms for the welding of the pipeline, when backfilling the laid pipeline, arranging barns and crossings. On the basis of the conducted research, factors of soil compaction obtained by laboratory and operational methods under field conditions were established and compared. The data obtained makes it possible to assess its compliance with the design data.
Keywords: main oil pipeline, compression ratio of soil, ground prism, operational method, laboratory method.
В последние годы в России проводится плановая масштабная реконструкция системы магистральных нефтепроводов для обеспечения их надежной работы. В настоящее время техническое состояние магистральных нефтепроводов не отвечает современным требованиям, предъявляемым к надежности и безопасности систем трубопроводного транспорта. Это вызвано длительным сроком эксплуатации и изменением загрузки магистральных нефтепроводов. Поэтому требуется массовое проведение реконструкции всей линейной части или отдельных участков нефтепроводов [1-7].
При реконструкции магистрального нефтепровода Анжеро-Судженск-Красноярск, на участке 68-Каштан было необходимо выполнить строительный контроль при проведении сварочно-монтажных работ. Согласно техническому заданию требовалось провести исследования степени уплотнения грунта при устройстве грунтовых призм для раскладки трубной продукции и грунтовых призм для сварки трубопровода, а также при засыпке уложенного трубопровода при устройстве амбаров и переездов.
Грунты основания на рассматриваемом участке трассы до глубины 7 м сложены средневерхнечетвертичными озерно-аллювиальными отложениями, которые представлены преимущественно суглинками мягкопластичной консистенции мощностью 2,3-5 м. На отдельных участках их перекрывают суглинки тугопластичной консистенции мощ-
12'2016 ^^^^^^^^^^^^^
ностью до 2,7 м. Подземные воды на период проведения изысканий (апрель 2014 г.) на участке не встречены. Глубина сезонного промерзания составляет 1,9 м. В зоне сезонного промерзания расположены суглинки тугопластичной и мягкопластичной консистенции и характеризуются как чрезмерно пучинистые [8].
Степень уплотнения земляного сооружения оценивается величиной коэффициента уплотнения из условия:
Ку ^ КСот,
где Ку - коэффициент уплотнения грунта земляного сооружения; К;ОТ - наименьший коэффициент уплотнения грунта, определяемый по СП 45.13330.2012 для земляных сооружений промышленного и гражданского строительства.
Коэффициент уплотнения определяли двумя способами: оперативным методом в полевых условиях при помощи динамического зондирования и лабораторным методом по ГОСТ 22733-2002 «Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности». Определение степени уплотнения грунта лабораторным методом было выполнено на каждой двадцатой грунтовой призме. Всего было исследовано 68 грунтовых призм. Проверка уплотнения грунта оперативным методом выполнялась на каждой десятой призме. Так было исследовано 138 грунтовых призм. Коэффициент уплотнения грунтовой призмы должен быть
- 41
Общие вопросы строительства
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 1. Схема отбора образцов грунта для лабораторного метода определения коэффициента уплотнения: 1 — грунтовая призма; 2 — условный горизонт; 3 — точки отбора образцов; 4 — поверхность земли
1,75
1,7
1 1,65
о
о &
о 1=
1,6
1,55
1,5
Л
/! 1 1 \
/ 1 1 1 1 1 \
/ 1 1 1 1 \
1 1 * 1
10
14
Влажность, %
18
22
Рис. 2. График зависимости плотности сухого грунта от влажности при стандартном уплотнении
не менее 0,8 по проекту. Исследование уплотнения засыпки грунта уложенного трубопровода проводилось через каждые 50 м и коэффициент уплотнения должен быть не менее 0,92. Всего было исследовано 27 точек. Также был установлен коэффициент уплотнения грунта при устройстве четырех амбаров и двух переездов.
Определение коэффициента уплотнения Ку лабораторным методом по ГОСТ 22733-2002 - отношение плотности сухого грунта земляного сооружения р^ к максимальной плотности того же сухого грунта рЛ1ах при стандартном уплотнении по ГОСТ 22733-2002:
ку = р4 /
где р^ - плотность сухого грунта, г/см3; рйшах - максимальная плотность сухого грунта при оптимальной влажности ц>ор1.
Лабораторный метод исследования степени уплотнения по ГОСТ 22733-2002 предусматривал обязательный отбор образцов грунта режущими кольцами для определения его плотности, отбор проб грунта (не менее шести) для опреде-
Рис. 3. Схема к определению коэффициента уплотнения грунта оперативным методом двойного зондирования в полевых условиях
Ку
0,96
0,92
0,88
0,84
0,8
0,76 0,5
\
Ку=0,89
■ Ку=0,8 К=0 и ),86
ч.
1,5
2,5
3,5 и1/и2
Рис. 4. График для определения коэффициента уплотнения методом двойного зондирования в полевых условиях
ления его влажности путем высушивания. Далее в лаборатории выполялось стандартное уплотнение предварительно высушенного и измельченного грунта с целью определения максимальной плотности рШх сухого грунта при оптимальной влажности ц>ор1 [9, 10].
Рассмотрим в качестве примера одну из грунтовых призм (призма № 20) на участке реконструкции магистрального нефтепровода Анжеро-Судженск-Красноярск. Призма представляет собой земляное сооружение высотой 1,6 м с размерами в нижнем основании не менее 1,7x1,7 м, в верхнем основании 1,2x1,2 м (рис. 1).
Для определения плотности и влажности грунта были отобраны образцы с каждого условного горизонта. Далее в лаборатории определили плотность грунта методом режущего кольца и влажность грунта - методом высушивания до постоянной массы. Максимальную плотность и оптимальную влажность определяли при помощи прибора стандартного уплотнения. На рис. 2 представлен график зависимости плотности сухого грунта от влажности при стандартном уплотнении. Методики определения этих характеристик представлены в ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы определения физических характеристик» и ГОСТ 22733-2002 «Грун-
2
1
п
п
2
3
6
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
General issues of construction
Таблица 1
Результаты лабораторных испытаний
Условный горизонт взятия проб, м Плотность сухого грунта pd, г/см3 Влажность грунта w, % Максимальная плотность сухого грунта FW г/см3 Оптимальная влажность грунта WpP % Коэффициент уплотнения
Требуемый Kcal Ky pd / Pdmax
1 2 3 4 5 6 7
0,1 1,51 3,16 1,73 16,1 0,8 0,87
0,3 1,5 3,13 1,71 15,8 0,8 0,87
0,5 1,52 3,15 1,74 15,9 0,8 0,88
0,7 1,5 3,14 1,71 15,7 0,8 0,87
Таблица 2
Результаты полевых испытаний
Условный горизонт взятия проб (от уровня земли), м № точки пенетрации Значение шкалы плотномера или число ударов, n1 Среднее значение, п1ср Значение шкалы плотномера или число ударов после доуплотнения, n2 Среднее значение после доуплотнения, «2,ср Отношение числа ударов до и после доуплотнения, n1 / n2 Коэффициент уплотнения
й ы о ё е р Т Фактический K
1 2 3 4 5 6 7 8 9
0,1 1,2,3 15,13,14 14 10,9,9 9,3 1,5 0,8 0,89
0,3 1,2,3 13,14,12 13 7,9,7 7,6 1,7 0,8 0,86
0,5 1,2,3 15,13,11 13 7,10,7 8 1,62 0,8 0,87
0,7 1,2,3 14,11,11 12 9,6,7 7,3 1,64 0,8 0,87
ты. Метод лабораторного определения максимальной плотности». Полученные результаты испытаний коэффициента уплотнения для каждого условного горизонта грунтовой призмы приведены в табл. 1.
Коэффициент уплотнения оперативным методом определяли при помощи динамического плотномера Д-51 методом двойного зондирования без определения влажности в условиях трассы [10]. Метод основан на определении сопротивления грунта погружению зонда с коническим наконечником под действием последовательно возрастающего количества ударов груза постоянной массы, свободно падающего с заданной высоты.
Рассмотрим в качестве примера эту же призму № 20 на участке реконструкции магистрального нефтепровода. При первом зондировании в точке 1 определяли количество ударов (и1), необходимое для погружения стержня прибора в грунт на глубину 20-30 см. Затем на направляющую штангу вместо стержня установили штамп диаметром 100 мм и вблизи точки 1 доуплотняли грунт в скважине. Скважина была диаметром 10 см, глубиной 25 см. При этом скважину послойно засыпали грунтом и уплотняли каждый слой 40 ударами гири до выравнивания грунта с поверхностью. Затем в центре уплотненной скважины проводили повторное зондирование (рис. 3) и определяли количество ударов (п2). Далее установили отношение количества ударов п1 к п2 и по графику, представленному на рис. 4, назначили коэффициент уплотнения. Полученные результаты исследований коэффициента уплотнения для каждого условного горизонта грунтовой призмы в полевых условиях приведены в табл. 2.
Выводы.
На основании выполненного литературного обзора установили, что представленные материалы об исследовании степени уплотнения грунта при проведении сварочно-
монтажных работ на магистральном нефтепроводе Анжеро-Судженск-Красноярск актуальны и имеют практическую ценность.
Выполненные исследования показали, что определение коэффициента уплотнения двумя разными способами в полевых и лабораторных условиях имеют высокую сходимость результатов. Так, например, значения коэффициента уплотнения грунтовой призмы № 20, определенного в лабораторных условиях по ГОСТу составили 0,87-0,88, а в условиях трассы они изменялись от 0,86 до 0,89.
Следует отметить, что исследования свойств грунтов для определения коэффициента уплотнения лабораторным методом требуют больших вложений труда и времени. Так, например, комплекс полных лабораторных исследований для одной грунтовой призмы занимал 4-5 рабочих дней. А в полевых условиях для определения коэффициента уплотнения требовалась всего половина рабочего дня.
Список литературы
1. Зайцев К.М. О проблеме ремонта и реконструкции неф-тегазопроводных систем России // Трубопроводный транспорт нефти. 1994. № 3. С. 11-14.
2. Иванцов О.М. Надежность и безопасность магистральных трубопроводов России // Трубопроводный транспорт нефти. 1997. № 10. С. 26-31.
3. Гумеров А.Г., Азметов Х.А., Гумеров Р.С. Реконструкция линейной части магистральных нефтепроводов. М.: Недра, 2003. 308 с.
4. Душин В.А., Шаммазов А.М. Капитальный ремонт линейной части магистральных нефтепроводов. Уфа, 2008. 271 с.
5. Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Гумеров К.М. Безопасность длительно эксплуатируемых магистральных трубопроводов. М.: Недра-Бизнесцентр, 2003. 310 с.
122016
43
Общие вопросы строительства
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
6. Мазур И.И., Иванцов О.М. Безопасность трубопроводных систем. М.: ИЦ Елима, 2004. 1104 с.
7. Дейнеко С.В. Обеспечение надежности систем трубопроводного транспорта нефти и газа. М.: Техника, 2011. 176 с.
8. Александрова Н.П., Александров А.С. Определение максимальной плотности и оптимальной влажности грунтов в приборе СОЮЗДОРНИИ для стандартного уплотнения. Омск: СибАДИ, 2011. 28 с.
9. Гриценко В.А., Шестаков В.Н. Оперативный контроль плотности и прочности грунтов земляных сооружений зондированием. Омск: СибАДИ, 2008. 48 с.
10. Лейтланд И.В. Обоснование и разработка пенетраци-онного экспресс-метода контроля степени увлажнения глинистого грунта при сооружении земляного полотна автомобильных дорог. Дисс... канд. техн. наук. Москва. 1999. 127 с.
References
1. Zajcev K.M. About a problem of repair and reconstruction of oil and gas wire systems of Russia. Truboprovodnyj transport nefti. 1994. No. 3, pp. 11-14. (In Russian).
2. Ivancov O.M. Reliability and safety of the main pipelines of Russia. Truboprovodnyj transport nefti. 1997. No. 10, pp. 26-31. (In Russian).
3. Gumerov A.G., Azmetov H.A., Gumerov R.S. Reconstruction of a linear part of the main oil pipelines [Rekonstrukcija linejnoj chasti magistral'nyh nefteprovodov]. Moscow: Nedra, 2003. 308 p.
4. Dushin V.A., Shammazov A.M. Capital repairs of a linear part of the main oil pipelines [Kapital'nyj remont linejnoj chasti magistral'nyh nefteprovodov]. Ufa. 2008. 271 p.
5. Gumerov A.G., Gumerov R.S., Gumerov K.M. Safety it is long the operated main pipelines [Bezopasnost' dlitel'no jekspluatiruemyh magistral'nyh truboprovodov]. Moscow: Nedra-Biznescentr, 2003. 310 p.
6. Mazur I.I., Ivancov O.M. Safety of pipeline systems [Bezopasnost' truboprovodnyh sistem. Uchebnoe posobie]. Moscow: IC Elima, 2004. 1104 p.
7. Dejneko S.V. Ensuring reliability of systems of pipeline transport of oil and gas [Obespechenie nadezhnosti sistem truboprovodnogo transporta nefti i gaza[. Moscow: Tehnika, 2011. 176 p.
8. Aleksandrova N.P., Aleksandrov A.S. Determination of the maximum density and optimum humidity of soil in the SOYuZDORNII device for standard consolidation [Opredelenie maksimal'noj plotnosti i optimal'noj vlazhnosti gruntov v pribore SOJuZDORNII dlja standartnogo uplotnenija]. Omsk: SibADI, 2011. 28 p.
9. Gricenko V.A., Shestakov V.N. Operating control of density and durability of soil of earth constructions sounding [Operativnyj kontrol' plotnosti i prochnosti gruntov zemljanyh sooruzhenij zondirovaniem]. Omsk: SibADI, 2008. 48 p.
10. Lejtland I.V. Justification and development of a penetration express control method of extent of moistening of a clay soil at a construction of a road bed of highways. Cand. Diss. (Engineering). Moscow. 1999. 127 p. (In Russian).
