Введение к работе
Актуальность работы: До недавнего времени в России и за рубежом морские нефтегазопромысловые сооружения возводились, как правило, в незамерзающих акваториях. С выходом на акватории со сложными природными условиями и особенно на замерзающие акватории, время, в течение которого можно проводить строительно-монтажные работы, в несколько раз уменьшилось. Поэтому технические решения платформ ориентируются на конструкции максимальной заводской готовности и интенсивные методы проведения строительно-монтажных работ. Этим требованиям в наибольшей мере удовлетворяют гравитационные платформы, которые по сравнению с другими типами морских нефтегазопромысловых сооружений обладают следующими преимуществами:
возможность буксировки и установки на место после полного
выполнения строительно-монтажных работ в доке или па закрытой
акватории;
непродолжительность установки на место и полная готовность к
эксплуатации;
возможность хранения добытых углеводородов в опорном блоке
платформы; ~~
возможность демонтажа и повторного использования при минимальных
затратах.
Таким образом, для условий мелководного шельфа, осваиваемого в настоящее время на северных и дальневосточных морях РФ, гравитационные платформы являются одним из наиболее предпочтительных типов сооружений, которые необходимо рассматривать при освоении таких месторождений.
Однако в связи с недавним началом промышленного освоения шельфа замерзающих морей количество действующих ледостойких гравитационных платформ невелико и для них пока не выработано хотя бы относительного единообразия в конструктивном решении фундаментной части; в настоящее время проводится его поиск. Поскольку для ледостойких гравитационных платформ в условиях мелководья определяющим фактором является сопротивление горизонтальным ледовым нагрузкам, одним из возможных и эффективных способов улучшения их работы будет являться дополнительная анкеровка плиты сваями и/или оболочками.
Получаемый таким образом комбинированный гравитационно-свайный фундамент (далее ГСФ) позволяет:
"возводить ледостойкие гравитационные платформы практически на
любых грунтах, обеспечивая безопасные условия эксплуатации;
передавать нагрузки на более прочные грунтовые слои и, тем самым,
улучшить работу фундамента;
уменьшить массу и размеры возводимых платформ, что приведет к
сокращению капитальных затрат на обустройство месторождений.
Отсутствие в современной литературе рекомендаций по расчету подобных конструкций обусловливает особую актуальность проведения как
теоретических, так и экспериментальных исследований с целью разработки соответствующих методов расчета.
Целью диссертационной работы являлась разработка рекомендаций по проектированию оснований ледостойких гравитационно-свайных платформ (ЛГСП) на совместное действие внешних силовых факторов в условиях нелинейной работы грунта, отражающей в необходимой мере специфику подобных сооружений. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
С помощью критического анализа натурных данных, ранее проведенных опытов, существующих конструкций фундаментов гравитационного типа и методов их расчета определить направления экспериментальных и теоретических исследований.
-
Осуществить экспериментальные исследования поведения системы «фундамент гравитационно-свайного сооружения — фунтовое основание» в условиях, характерных для ЛГСП.
-
Отработать методику крупномасштабных экспериментов по изучению работы оснований гравитациошю-свайных сооружений и обеспечить их комплексный характер, заключающийся в исследовании напряжений на контакте конструкции и грунтового массива и внутри него, а также нагрузок и перемещений системы «фундамент-основание», что потребовало применения уникальной опытной установки.
-
С учетом существующих методов расчета и на основе экспериментальных данных разработать рекомендации по расчету фундаментов ледостойких гравитационно-свайных платформ. Новизна выполненной работы заключается в следующем:
-
Проведенные комплексные исследования впервые позволили в необходимом объёме оценить напряженно-деформированное состояние системы «гравитационно-свайное сооружение — грунтовое основание» в условиях работы, характерных для ледостойких платформ.
-
По результатам выполненных при непосредственном участии автора крупномасштабных экспериментальных исследований впервые установлены:
физическая картина процесса взаимодействия гравитационно-свайного сооружения с грунтом, начиная с первых этапов нагружения, вплоть до потери основанием несущей способности, определены основные закономерности этого процесса и причины, их обуславливающие; необходимость учета влияния полного водонасыщения грунтового основания на его деформативность в зависимости от коэффициента пористости грунта;
оптимальные условия расположения свай в составе гравитационно-свайного сооружения, рациональные способы их закрепления в теле платформы.
3. В расчетном плане автором предложена методика статического расчета
оснований ледостойких гравитационно-свайных платформ, позволяющая:
отразить в расчете влияние основных факторов, определяющих работу
основания (комплексное воздействие нагрузок и последовательность их приложения, водонасыщение грунтового основания и т.д.); проследить весь путь деформирования грунтового основания, начиная с первых ступеней нагрузки, вплоть до потери им несущей способности, получать в ходе расчета информацию о распределении усилий между подошвой плиты фундамента и отдельными составляющими свайного поля на данной ступени нагружения. Результаты исследований имеют практическое значение:
-
Даны рекомендации и установлены зависимости по определению деформационно-прочностных параметров, необходимых для ' расчета гидротехнических сооружений гравитационно-свайного типа в реальных условиях их работы.
-
Предложены рекомендации по расчету фундаментов ледостойких гравитационно-свайных платформ, отражающие специфические условия их работы, в которых использованы применяющиеся на практике в настоящее время методы расчета его составных элементов.
3. Внесены предложения по конструированию как свайной части, так и
фундамента в целом.
На защиту выносятся результаты подготовленных и выполненных при непосредственном участии автора экспериментальных исследований поведения системы «гравитационно-свайное сооружение - грунтовое основание» для условий работы ЛГСП и рекомендации по методике расчета оснований этих сооружений.
Структура и объём работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического списка использованных литературных источников из 75 наименований; рукопись содержит 198 страниц машинописного текста, 15 таблиц и 99 рисунков.
