CC BY
14
УУДК 622.692.4.07 https://doi.org/10.24412/0131-4270-2023-1-45-47
ЗАКРЕПЛЕНИЕ СЛАБЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ИЛИСТЫХ И ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ЩЕЛОЧНОЙ И СУЛЬФАТНОЙ АКТИВАЦИЕЙ ПРИ ПРОКЛАДКЕ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ В СТЕСНЕННЫХ УСЛОВИЯХ БЕРЕГОВОЙ ЛИНИИ
STABILIZATION OF WEAK WATER-SATURATED MUD AND CLAY SOILS WITH ALKALINE AND SULFATE ACTIVATION DURING THE LAYING OF OIL AND GAS PIPELINES IN CRAMPED CONDITIONS OF THE COASTLINE
Гизулин М.У., Хасанов Р.Р.
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2950-0159, Email: marsel.gizulin@yandex.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6244-7532, E-mail: hasanov25@mail.ru
Резюме: В статье освещена проблема прокладки нефте- и газопроводов в условиях береговой линии в непосредственной близости от водных объектов - рек, ручьев, болот. Традиционные способы предполагают использование для данных целей больших объемов дорогостоящего привозного щебня или песчано-гравийной смеси. Альтернативой является укрепление илистых и глинистых грунтов (супесей, суглинков) инъекцией щелочных и сульфатных активаторов в непосредственной близости от прокладываемых трубопроводов, что существенно снижает затраты на земляные работы и транспортировку материалов. Лабораторные испытания подтверждают соответствие физико-механических и эксплуатационных характеристик, закрепленных щелочной и сульфатной активизацией глинистых грунтов (прочность на сжатие, модуль упругости, водостойкость) требованиям нормативно-технической документации.
Ключевые слова: щелочная, сульфатная активация глинистых грунтов, нефтепровод, береговая линия, эрозионный процесс, водостойкость, модуль упругости, инъекцирование.
Для цитирования: Гизулин М.У., Хасанов Р.Р. Закрепление слабых водонасыщенных илистых и глинистых грунтов щелочной и сульфатной активацией при прокладке нефтегазопроводов в стесненных условиях береговой линии // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2023. № 1. С. 45-47.
D0I:10.24412/0131-4270-2023-1-45-47
Gizulin Marsel U., Khasanov Rustyam R.
Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2950-0159, Email: marsel.gizulin@yandex.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6244-7532, E-mail: hasanov25@mail.ru
Abstract: The article covers the problem of the oil and gas pipelines laying in coastline conditions right next to the water features - rivers, stream, and swamp. Traditional approaches involve the use of large volumes of expensive imported crushed stone or sand-gravel mix for these purposes. The alternative way is to strengthen mud and clay soils (sandy loam, clay loam) by injection of alkaline and sulfate activators right next to the pipelines being laid, which significantly reduces the cost of excavation procedure and material transportation. Laboratory tests confirm the compliance of physical, mechanical and operational characteristics fixed by alkaline and sulfate activation of clay soils (compressive strength, elastic modulus, water resistance) with the requirements of regulatory and technical documentation.
Keywords: alkaline, sulfate activation of clay soils, oil pipeline, coastline, erosion process, water resistance, elastic modulus, injection.
For citation: Gizulin M.U., Khasanov R.R. STABILIZATION OF WEAK WATER-SATURATED MUD AND CLAY SOILS WITH ALKALINE AND SULFATE ACTIVATION DURING THE LAYING OF OIL AND GAS PIPELINES IN CRAMPED CONDITIONS OF THE COASTLINE. Transport and storage of Oil Products and hydrocarbons. 2023, no. 1, pp. 45-47.
DOI:10.24412/0131-4270-2023-1-45-47
Большинство территорий Западной и Восточной Сибири, а также Крайнего Севера буквального пронизаны сетью небольших ручьев и речек, это создает существенные трудности как при прокладке нефтегазопроводов, так и при возведении на данных территориях необходимых для их обслуживания инфраструктурных объектов (насосных и компрессорных станций, трансформаторных подстанций и пр.).
Это вызвано прежде всего тем, что территории, находящиеся в непосредственной близости от водных объектов (рек, ручьев, озер, болот), или, как их называют геологи, подтопляемые или пойменные территории, за малым исключением сложены - причем на достаточно большую глубину -слабыми водонасыщенными илистыми и глинистыми грунтами. Традиционные пути решения данной задачи связаны, во-первых, со значительным объемом земляных работ, а
во-вторых, с доставкой немалых количеств качественных грунтов (щебня, гравия, песчано-гравийной смеси и др.) для обратной засыпки траншей, котлованов и укрепления насыпей [1]. Такие работы стоят очень дорого, так как доставлять практически по бездорожью на дальние расстояния инертные материалы (песок, гравий, щебень) очень сложно как зимой, так и в особенности в летний период: при вечной мерзлоте болотистый грунт летом оттаивает, делая грунтовые дороги практически непроходимыми. Кроме того, любое значительное вмешательство в существующую экосистему северных территорий, где почвенно-раститель-ный слой очень тонок, будет неизбежно провоцировать негативные эрозионные процессы. Речь в данном случае идет об оползнях, оврагах, появляющихся вследствие снятия больших площадей почвенно-растительного слоя,
1
• 2023
45
оседания песчаной или гравийной насыпи водонасыщенных илистых и глинистых грунтов. Это повлечет за собой несоразмерные затраты, нести которые будут уже не подрядные строительные управления, а организации, непосредственно занимающиеся эксплуатацией нефтегазопроводов.
На основании изучения и обобщения положительного опыта работ по закреплению водонасыщенных глинистых грунтов под фундаментами гражданских и промышленных зданий, которые выполнял институт «БашНИИстрой» в различных регионах за последние несколько десятилетий [2-4], нами предложен способ закрепления слабых грунтов за счет инъекций щелочных и сульфатных активаторов (в отличие от традиционного способа БашНИИстроя) при прокладке нефтяных и газовых трубопроводов. На рис. 1 показано принципиальное отличие традиционного способа прокладки трубопроводов в условиях береговой линии затопляемых территорий (с засыпкой инертными материалами -щебнем, гравием или песчано-гравийной смесью) от предлагаемого нами - со щелочной и сульфатной активацией слабых глинистых грунтов.
Как видно из представленных схем, предлагаемый нами способ закрепления слабых глинистых грунтов посредством инъецирования щелочных и сульфатных водных растворов имеет ряд существенных преимуществ перед традиционным.
Во-первых, это позволяет полностью отказаться от использования привозного песчаного или щебеночно-пес-чаного грунта обратной засыпки и связанных с ним затрат. Во-вторых, существенно уменьшить объем земляных работ
11. Испытание образцов цилиндров (исходного и укрепленного введением щелочных и сульфатных активаторов глинистого грунта)
Рис. 1. Закрепление грунтов при прокладке трубопроводов в условиях береговой линии: а - традиционный способ с обратной засыпкой пазух траншей; б - с укреплением существующих водонасыщенных глинистых грунтов методом щелочной и сульфатной активации; 1 -существующий слабый водонасыщенный илистый или глинистый грунт; 2 - прокладываемый трубопровод; 3 - контур котлована или траншеи; 4 - грунт обратной засыпки привозным щебнем или гравием; 5 - трубы-инъекторы (с перфорацией в нижней зоне) 6 -глинистый грунт обратной засыпки (существующего грунта); 7 - емкость с водным раствором щелочных и сульфатных компонентов; 8 - контур зоны вокруг трубопровода с укрепленным грунтом
I
2. Испытание на водостойкость исходных и укрепленных грунтов
46
ТРАНСПОРТ И ХРАНЕНИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ И УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
по устройству котлованов, траншей и выемки существующего грунта (так, как в отличие от первого способа площадь грунта с улучшенными характеристиками находится не только в зоне траншеи, но и вокруг нее, где осуществляется инъецирование раствора. В-третьих, это дает возможность проводить производство работ в зимний период, так как водный сульфатно-щелочной раствор не замерзает при низких температурах. В-четвертых, данные работы не требуют грузоподъемного оборудования (концентрация щелочных и сульфатных компонентов составляет 4-5% в водном растворе), и его можно транспортировать даже с помощью авиации.
Важным является вопрос об оценке качественных показателей укрепляемых водонасыщенных глинистых грунтов. Основным документом, регламентирующим показатели грунтов, укрепляемых введением неорганических соединений, является ПНСТ 322-2019 [5]. В соответствии с ним нами были изготовлены образцы цилиндров
из исходного водонасыщенного лессового грунта и суглинки. Концентрация вводимых щелочных и сульфатных добавок составила: для лессового легкого суглинка - в растворе NaOH (1,5 н концентрации) добавляли 2% негашеной извести СаО и 4% Na2SO4, для суглинка тяжелого - в растворе NaOH (2,0 н концентрации) добавляли СаО 2% и 6% Na2SO4. Далее цилиндры после 28 - суточной выдержки испытывались на одноосное сжатие (фото 1). Также проводились испытания укрепленного грунта на водостойкость (фото 2).
Испытания показали, что по всем контролируемым показателям - прочность на сжатие, модуль упругости и водостойкость образцы укрепленного грунта полностью соответствуют требованиям ПНСТ 322-2019 и могут быть реальной альтернативой применяемым до настоящего времени дорогостоящим привозным щебню, песку и гравию при строительстве трубопроводов в прибрежных и затопляемых зонах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3.
5.
Бородавкин П.П., Березин В.Л., Шадрин О.Б. Подводные трубопроводы. М.: Недра, 1979. 415 с. Волков, Ф.Е., Гера А.А. Укрепление текучепластичного суглинка основания столбчатых фундаментов технологической этажерки отделения производства фенола и ацетона раствором гидроксида натрия // Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации: Мат. 15-й общероссийской науч.-практ. конф. изыскательских организаций. М.: Геомаркетинг, 2019. С. 436-441.
Волков, Ф.Е. Укрепление глинистых грунтов основания фундаментов реконструируемого здания защелачи-ванием // Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 11. С. 16-18.
Авторское свидетельство № 1521830 A1 СССР, МПК E02D 3/12. Способ укрепления грунта / Ф.Е. Волков, Е.Н. Самарин. Опубл. 15.11.1989 5. Бюл. № 42.
ПНСТ 322-2019 Дороги автомобильные общего пользования. Грунты стабилизированные и укрепленные неорганическими вяжущими. Технические условия.
REFERENCES
1. Borodavkin P.P., Berezin V.L., Shadrin O.B. Podvodnyye truboprovody [Underwater pipelines]. Moscow, Nedra Publ., 1979. 415 p.
2. Volkov F.YE., Gera A.A. Ukrepleniye tekucheplastichnogo suglinka osnovaniya stolbchatykh fundamentov tekhnologicheskoy etazherki otdeleniya proizvodstva fenolai atsetona rastvorom gidroksida natriya [Strengthening the fluid-plastic loam of the base of the columnar foundations of the technological shelf of the phenol and acetone production department with a solution of sodium hydroxide]. Perspektivy razvitiya inzhenernykh izyskaniy vstroitel'stve v Rossiyskoy Federatsii: Trudy XV obshcherossiyskoy nauch.-prakt. konf. izyskatel'skikh organizatsiy [Prospects for the development of engineering surveys in construction in the Russian Federation: Proc of the conf. of survey organizations]. Moscow, 2019, pp. 436-441.
3. Volkov F.YE. Strengthening of clay soils of the base of the foundations of the reconstructed building by alkalization. Promyshlennoye igrazhdanskoye stroitel'stvo, 2011, no. 11, pp. 16-18 (In Russian).
4. Volkov F.YE., Samarin. YE.N. Sposob ukrepleniya grunta [Soil strengthening method]. Copyright certificate USSR, no 1521830, 1989.
5. PNST 322-2019 Dorogi avtomobil'nyye obshchego pol'zovaniya. Grunty stabilizirovannyye i ukreplennyye neorganicheskimi vyazhushchimi. Tekhnicheskiye usloviya [PNST 322-2019 Public automobile roads. Soils stabilized and reinforced with inorganic binders. Specifications].
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Гизулин Марсель Уралович, магистрант кафедры проектирования и строительства объектов нефтяной и газовой промышленности, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Хасанов Рустям Рафикович, к.т.н., доцент кафедры проектирования и строительства объектов нефтяной и газовой промышленности, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Marsel U. Gizulin, Undergraduate of the Department of Design and Construction of Oil and Gas Industry Facilities, Ufa State Petroleum Technological University.
Rustyam R. Khasanov, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Design and Construction of Oil and Gas Industry Facilities Ufa State Petroleum Technological University.
2023
47
