Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ технологий изготовления железо бетонных напорных труб и технологий производства работ при устройстве трубопроводов на слабых грунтах 12
1.1. Изучение особенностей устройства оснований и фундаментов трубопроводов на слабых грунтах 12
1.2. Изучение технологий устройства оснований инженерных сооружений и трубопроводов на слабых водонасыщенных глинистых и насыпных грунтах 16
1.3. Технология виброгидропрессования на современном этапе, пути совершенствования технологии и конструкций, проблемы обеспечения качества труб нового поколения 20
1.4. Анализ современных методов расчёта кольцевых сечений виброгидропрессованных труб 32
1.5. Анализ способов производства земляных работ при устройстве трубопроводов на слабых грунтах 35
1.6. Анализ существующих методов возведения трубопроводов на слабых грунтах 42
1.7. Выводы по главе 1 50
ГЛАВА 2 Экспериментальные исследования технологии изготовления железобеонных напорных виброгидропрессованных труб нового поколения 52
2.1. Цели, общие вопросы и методика экспериментальных исследований 52
2.2. Оценка деформированного состояния наружной поверхности виброгидропрессованныхых труб при сбросе опрессовочного давления 55
2.3 Оценка деформированного состояния виброгидропрессованных труб со спирально-перекрёстным и ортогональным армированием в в процессе распалубки наружной формы и снятии втулочного калибрующего кольца 61
2.4. Экспериментальная оценка влияния силовой наружной формы на образование кольцевых трещин в концевых зонах 77
2.5 Экспериментальная оценка влияния втулочного калибрующего кольца на образование кольцевых трещин в концевых зонах труб... 87
2.6. Экспериментальные исследования напряжённо-деформированного состояния спиральной и спирально-перекрестной арматуры в виброгидропрессованных трубах в про
цессе подъёма и сброса опрессовачного давления 94
2.7. Экспериментальное определение деформаций спиральной и спирально-перекрёстной арматуры при снятии предварительного кольцевого обжатия с трубы 99
2.8 Выводы по главе 2 103
ГЛАВА 3. Оценка трещиностойкости кольцевых сечений концевых зон виброгидропрессованных труб 106
3.1 Экспериментальная оценка трещиностойкости кольцевых сечений виброгидропрессованных труб со спирально-перекрёстным армированием при испытании их на изгиб 106
3.2 Определение усилий и оценка трещиностойкости кольцевых сечений опытных виброгидропрессованных труб на стадии изготовления 111
3.3. Разработка методики расчета кольцевых сечений виброгидропрессованных труб со спирально-перекрестным армированием на стадии изготовления 118
3.4. Выводы по главе 3 133
ГЛАВА 4. Исследование технологий устройства трубопроводов на слабых водонасыщенных глинистых и насыпных грунтах 134
4.1. Задачи исследований 134
4.2. Экспериментальные исследования компенсационных характеристик стыковых соединений трубопроводов 134
4.3. Исследование силового взаимодействия секционных труб с грунтом 137
4.4. Анализ и обработка результатов экспериментальных исследований 146
4.5. Рекомендации по проектированию, устройству и защите секционных трубопроводов на слабых грунтах 157
4.6. Выводы по главе 4 161
ГЛАВА 5. Исследование эффективных способов земляных работ при устройстве железобетонных трубопроводов на слабых грунтах 162
5.1. Определение размеров траншей, объемов земляных работ на 162 экспериментальных площадках
5.2. Проектирование подготовительных и вспомогательных работ на экспериментальной площадке устройства трубопровода и разбивка траншей на местности 164
5.3. Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами. Расчет проходок экскаваторов с различным рабочим оборудованием 166
5.4. Результаты экспериментальных исследований эффективности использования экскаваторов при устройстве трубопроводов из железобетонных вибропрессованных труб 172
5.5 Выводы по главе 5 180
ГЛАВА 6. Разработка предложений по повышению эффективности технологий устройства трубопроводов на слабых грунтах 181
6.1. Задачи экспериментальных исследований 181
6.2. Изучение эффективных способов подготовки траншей для железобетонных виброгидропрессованных труб 182
6.3. Результаты натурных исследований эффективных способов устройства оснований трубопроводов на водонасыщенных глинистых и насыпных грунтах 185
6.4. Выбор кранов для прокладки трубопроводов виброгидропрессованных труб 190
6.5. Исследование эффективных технологий монтажа железобетонных виброгидропрессованных труб на слабых грунтах 195
6.6. Исследование эффективных способов засыпки траншей трубопроводов на слабых грунтах 200
6.7. Выводы по главе 6 203
Основные выводы 204
Приложение 1 Пример расчета кольцевых сечений виброгидро прессованных труб со спирально-перекрестным армированием на стадии изготовления 207
Список использованной литературы 214
- Анализ способов производства земляных работ при устройстве трубопроводов на слабых грунтах
- Оценка деформированного состояния виброгидропрессованных труб со спирально-перекрёстным и ортогональным армированием в в процессе распалубки наружной формы и снятии втулочного калибрующего кольца
- Определение усилий и оценка трещиностойкости кольцевых сечений опытных виброгидропрессованных труб на стадии изготовления
- Рекомендации по проектированию, устройству и защите секционных трубопроводов на слабых грунтах
Введение к работе
В бывшем СССР начиная с 1920-1930 г.г. в связи с интенсивным освоением новых промышленных районов в различных природно-климатических и грунтовых условиях и возведением новых поселков и городов бурно развилась и строительная индустрия. С развитием объема выпуска строительных материалов, изделий и конструкций параллельно развивалась и различные технологии производства строительных работ по устройству трубопроводов различного назначения.
В течение последних 70-80 лет в больших объемах были возведены и реконструированы различные трубопроводы в различных грунтовых условиях.
Значительное количество водоводов прокладывается в сложных грунтовых условиях - на слабых водонасыщенных глинистых грунтах, а в условиях городской застройки и на насыпных грунтах и на подрабатываемых территориях. При устройстве таких трубопроводов, для обеспечения дальнейшей безаварийной эксплуатации, необходимо обращать особое внимание к конструкциям оснований и фундаментов, технологии возведения трубопровода и компенсационной способности трубопровода при возможных осадках и деформациях основания. Как показал опыт эксплуатации водоводов работающих в сложных грунтовых условиях, игнорирование особенностей их работы при проектировании и устройстве водовода, часто приводит к авариям и повреждениям, требующих дорогостоящих ремонтно-восстановительных работ.
Анализ аварий и деформаций трубопроводов показал, что во многих случаях качество возводимых на слабых водонасыщенных глинистых грунтах инженерных сооружений в основном зависит от правильности и обоснованности применяемых технологий производства работ
7 Для строительства водоводов, как в России и бывшем СССР, так и за
рубежом широкое применение получили железобетонные предварительно-напряжённые трубы. В бывшем СССР объём производства напорных желе-зобетонных труб в 1991 году достигал 677 тыс. м и должен был бы быть увеличен к 2000 г. до 1300 тыс. м3.
В настоящее время в Российской Федерации производства напорных железобетонных труб составляет около 45 тыс. м в год, основная часть этих труб являются виброгидропрессованными. Эти трубы используются при устройстве различных инженерных коммуникаций.
Распространение напорных железобетонных труб вызвано их высокими технико-экономическими показателями в сравнении с трубами из других материалов.
После распада СССР основная часть заводов по выпуску виброгидро-прессованных труб оказалась за пределами России, а оставшиеся на её территории из-за общего спада промышленного и сельскохозяйственного производства либо свернули производство, либо значительно его снизили. В настоящее время по технологии виброгидропрессования продолжают выпускаться трубы на предприятиях Санкт-Петербурга, пос. Горного Новосибирской области, Волгограда, Сергиева Посада и некоторых других.
Значительный износ существующих водоводов, наметившийся в настоящее время реанимация и рост промышленности и сельского хозяйства, рост строительного производства и требования улучшения санитарно-гигиенических условий жизни людей, а также восстановление мелиоративно-ирригационной деятельности в обозримой перспективе приведут к необходимости ремонта и замены существующих и строительства новых напорных водоводов. Реконструкция и строительство новых водоводов должно привести к росту производства железобетонных напорных труб и в первую очередь виброгидропрессованных, обеспеченных отечественным оборудованием.
Для снижения трудоемкости и материалоемкости таких труб, что явля
ется их основным недостатком, в 80-е годы прошлого века был выполнен ог
ромный комплекс конструкторских и технологических работ по переходу на
производство этих труб со спирально-перекрестным армированием, закон
чившийся выпуском опытных партий труб со спирально-перекрестным ар
мированием. Переход на спирально-перекрестное армирование помимо от
каза от продольной арматуры и операций, связанных с ее заготовкой и натя
жением, позволит при дальнейшем совершенствовании технологии отка
заться от использования тяжелых наружных форм, значительно снизить тру
доемкость и материалоемкость производства. А также организовать гибкий
производственный цикл, позволяющий при минимальной переналадке едино
го комплекта оборудования выпускать напорные, низконапорные и безна
порные двухвтулочные трубы, как с предварительно-напряженной, так и с
ненапрягаемой арматурой. у
Учитывая выше изложенное, восстановление объемов производства железобетонных виброгидропрессованных труб в перспективе целесообразно именно на основе использования спирально-перекрестного армирования.
Однако выпуск в конце 80-х начале 90-х годов XX века опытных партий таких труб выявил характерный дефект новых труб, проявляющийся при их изготовлении и поставивший под вопрос саму возможность их производства - кольцевые трещины в концевых зонах, избежать которых известными конструктивными и технологическими приемами не представлялось возможным.
Целью диссертационной работы является разработка эффективных технологий производства железобетонных виброгидропрессованных труб и устройства трубопроводов из этих труб на слабых грунтах.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
выполнен анализ причин аварий и деформаций трубопроводов, возведенных в слабых водонасыщенных глинистых и насыпных грунтах;
изучены специфические свойства слабых водонасыщенных глинистых
9 и насыпных грунтов;
на основании результатов экспериментальных исследований определены причины образования кольцевых трещин в концевых зонах виброгид-ропрессованных труб на стадии изготовления и описан механизм их образования;
разработана методика расчёта кольцевых сечений виброгидропрес-сованных труб со спирально-перекрестным армированием на стадии изготовления;
разработаны рекомендации по конструированию и технологии изготовления виброгидропрессованных труб со спирально-перекрестным армированием, позволяющие исключить появление трещин в их концевых зонах;
экспериментально определены компенсационные возможности раструбных и муфтовых стыков железобетонных звеньев канализационных трубопроводов при деформациях земной поверхности;
исследованы технологии производства земляных работ при устройстве трубопроводов и их оснований с учетом специфических свойств грунтов;
исследованы технологии возведения трубопроводов на площадках со слабыми грунтами.
Научная новизна работы состоит в том, что:
экспериментально установлено деформированное состояние арматуры, бетона, и наружной формы в процессе изготовления виброгидропрессованных железобетонных труб.
установлены предельные значения трещиностойкости виброгидропрессованных труб со спирально-перекрёстным армированием при испытании их на изгиб по балочной схеме и экспериментально подтверждены теоретические предпосылки, на основании которых определяется величина продольного обжатия таких труб.
определен механизм появления кольцевых трещин на стадии изготовления виброгидропрессованных труб.
- разработана методика расчёта кольцевых сечений виброгидро-
прессованных труб со спирально-перекрёстным армированием на стадии изготовления;
определены предельные значения компенсационных возможностей стыков железобетонных труб при различных значениях радиуса искривления трубопровода;
определены значения дополнительных растягивающих напряжений в кольцевых сечениях железобетонных труб в результате искривления трубопровода при осадках основания.
обоснованы и экспериментально установлены технологические регламенты, комплекты машин, механизмов и оборудования, обеспечивающие качественное выполнение монтажных работ при устройстве трубопроводов;
разработаны технологические требования, определяющие качество устройства трубопроводов на слабых грунтах.
Практическое значение работы заключается в следующем:
разработана инженерная методика расчёта кольцевых сечений вибро-гидропрессованных труб со спирально-перекрёстным армированием;
разработаны рекомендации по исключению кольцевых трещин в виб-рогидропрессованных трубах;
предложена методика определения компенсационной способности стыковых соединений в зависимости от ожидаемых деформаций грунтов основания и даны рекомендации по обеспечению компенсационной способности безнапорных трубопроводов.
предложены способы производства земляных работ и монтажа при устройстве трубопроводов на слабых грунтах.
На защиту выносятся следующие положения диссертации:
результаты экспериментальных исследований виброгидро-прессованных труб со спирально-перерестным армированием на стадии их изготовления и анализ причин появления в них кольцевых трещин.
методика расчета кольцевых сечений виброгидропрессованных труб со спирально-перекрестным армированием на стадии их изготовления;
конструктивные и технологические приемы производства виброгидропрессованных труб со спирально-перекрёстным армированием, позволяющие исключить появление кольцевых трещин;
результаты экспериментальных исследований компенсационной способности стыковых соединений канализационных трубопроводов из железобетонных труб;
результаты экспериментальных исследований технологий монтажа виброгидропрессованных труб устраиваемых на слабых грунтах.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на научных конференциях и семинарах в НИИЖБ, МГСУ, ГАСИС и НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, а также на заседаниях научно-технических советов строительных организаций г. Москвы.
Внедрение работы. Основные результаты научных исследований внедрены при разработке рабочих чертежей труб со спирально-перекрестным армированием, составлении проектов и строительстве трубопроводов на территории Московской и Ленинградской областей.
Публикации. Основное содержание выполненных научных исследований изложено в 8 научных статьях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка использованной литературы, имеющей 144 наименований. Общий объем диссертации составляет 209 страниц, в т.ч. 142 страницы машинописного текста, 59 рисунков и 19 таблиц.
Автор выражает огромную благодарность своему научному руководителю, Лауреату Государственной премии СССР, Заслуженному строителю России, доктору технических наук, профессору М.Ю. Абелеву за помощь и поддержку в процессе работы над диссертацией.
Анализ способов производства земляных работ при устройстве трубопроводов на слабых грунтах
Процессы производства земляных работ при устройстве трубопроводов на слабых грунтах были проведены на объектах строительства многоэтажных жилых зданий, расположенных в г. Москве и Московской области (г.г. Химки, Жуковский, Люберцы, Сергиев Посад и т.д.).
Основной задачей полевых исследований на объектах строительства трубопроводов состояла в том, чтобы установить причины низкой производительности работ при выполнении земляных работ: планировка площадки, рыхление твердых или мерзлых грунтов, устройство котлованов и траншей, обратная засыпка, устройство постоянных, временных и вспомогательных сооружений.
При исследованиях тщательно были изучены применяемые способы устройства оснований и фундаментов под железобетонные трубопроводы различного диаметра, для которых производилось рытье траншей шириной до 3 м и глубиной до 6 м.
Была изучена эффективность использования экскаваторов отечественного и зарубежного производства.
Как показывает анализ, по трудоемкости выполнения земляные работы составляют до 20% всей трудоемкости возведения здания или инженерного сооружения, поэтому земляные работы всегда стремились механизировать. В настоящее время до 97 % объемов земляных работ в строительстве комплексно механизированы, однако при мелких рассредоточенных объемах работ, устройстве трубопроводов в стесненных условиях, зачистке дна и откосов котлованов траншей еще применяется ручной труд.
По результатам выполненных полевых исследований были установлены причины низкой производительности земляных работ и достатки проектов производства работ (ППР). На ряде объектов при разработке проектов земляных работ не были учтены указанная в нормах классификация и основные строительные свойства грунтов, которые являются определяющим фактором при выборе типа землеройной (экскаватора) машины и способов производства работ.
Было установлено, что к основным свойствам грунтов, влияющим на технологию и трудоемкость их разработки, относятся плотность, влажность, сцепление, разрыхляемость, угол естественного откоса, удельное сопротивление резанию, водоудерживающая способность. От плотности и силы сцепления между частицами грунта в основном зависит производительность землеройных машин.
Анализ показал, что на многих объектах уровень механизации земляных работ составляет до 80-90 %. При этом для повышения производительности работ, при разработке проектов производства работ (111IP) необходимо учесть классификацию основных видов грунтов по трудоемкости их разработки в зависимости от конструктивных особенностей используемых землеройных машин и свойств грунта, которая приведена в нормативных документах.
При разработке грунтов вручную их делят на семь групп. Как при механизированной, так и при ручной разработке в состав первой группы входят легко разрабатываемые грунты, а последней - самые трудно разрабатываемые.
На ряде объектов при разработке траншей для железобетонных труб большого диаметра, из-за неучета в проектах, того, что грунт при разработке разрыхляется и увеличивается в объеме, был вывезен лишний объем грунта. Это явление, называемое первоначальным разрыхлением грунта, характеризуется коэффициентом первоначального рыхления, который представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии. При этом уложенный в пазухи траншей после укладки труб, разрыхленный грунт не был уплотнен до плотности сухого грунта 1,65 г/см , что требуется по нормам и это значение плотности было указано в проектах.
При этом было установлено, что грунт длительное время не занимает того объема, который он занимал до разработки, сохраняя остаточное разрыхление, показателем которого является коэффициент остаточного разрыхления грунта.
При изучении причин неравномерных осадок грунтов в основании железобетонных трубопроводов, было установлено, что во многих случаях эти неравномерные осадки связаны неравномерными осадками, возникающими в результате чрезмерного рыхления грунта в основании трубопроводов при их устройстве. При разработке проектов производства работ (ППР) не было учтено, что степень первоначального и остаточного разрыхления грунтов приведена в нормах.
При анализе низкого качества устройства основания железобетонных трубопроводов в процессе производства земляных работ были установлены случаи неправильного выполнения откосов траншей, что в последствии стало причиной увеличения объема ручного труда при подготовке основания трубопровода. При этом во многих случаях при разработке проектов не были учтены нормативные значения крутизны откосов для временных земляных сооружений приведенные в нормах. При глубине выемки более 5 м крутизна откосов должна была устанавливаться проектом в зависимости от грунтовых условий и способов и условий производства земляных работ.
Проектное качество работ при устройстве железобетонных трубопроводов большого диаметра организация строительно-монтажных работ должна быть организована согласно требованиям нормативных документов. Перед началом выполнения земляных работ производится подготовка строительной площадки. Причинами некачественного выполнения работ при монтаже трубопроводов стали неправильно подготовленные площадки строительства. На объекте строительства трубопровода в комплексе строительства жилой застройки в подготовительный период должны быть выполнены следующие работы: ограждение участка; расчистка территории; перетрассировка мешающих инженерных сетей; защита территории от стока поверхностных вод; прокладка временных коммуникаций и дорог; устройство временных бытовых, складских, культурно-административных и других помещений. После расчистки территории выполняют работы по созданию опорной геодезической сети, устанавливают обноску и производят геодезическую разбивку инженерных сооружений. При строительстве трубопроводов на площадках со слабыми грунтами для создания вдоль разрабатываемых траншей должны быть созданы временные и постоянные водонепроницаемые завесы.
Оценка деформированного состояния виброгидропрессованных труб со спирально-перекрёстным и ортогональным армированием в в процессе распалубки наружной формы и снятии втулочного калибрующего кольца
Настоящие исследования проведены с целью оценки деформаций труб в процессе их распалубки и определения момента образования кольцевых трещин.
Как базовые проводились исследования при распалубке 20 труб диаметром 1200 мм со спирально-перекрестным армированием с параметрами армирования (табл. 2.1 трубы 1...20) при 3-х различных схемах распалубки (рис. 2.4.а). Для распространения полученных результатов на трубы с ортогональным армированием и на трубы изготавливаемые в двухразъемных формах дополнительно были проведены исследования распалубки 24 вибро-гидропрессованных труб диаметром 600, 800, 1000, 1200 мм с ортогональным армированием при 5-ти различных схемах распалубки (рис. 2.46).
В процессе базовых экспериментальных исследований на трубах со спирально-перекрестным армированием не ставилась задача выпуска труб без кольцевых трещин, наоборот, желательно было точно определить их местоположение и конкретную стадию распалубки на которой эти трещины образуются.
Так как с увеличением срока эксплуатации наружных форм вероятность появления кольцевых трещин возрастает, для проведения экспериментальных исследований была специально отобрана форма, которая эксплуатировалась около 2-х лет и давала значительное количество упомянутого брака.
Чтобы исключить влияния вибрации на показания приборов, распалубка во всех случаях осуществлялась вручную гаечными ключами.
Первая схема распалубки - двухсторонняя разборка с откручиванием пружинных болтов по два с каждой стороны и последующим снятием калибрующего кольца, вторая схема - снятие калибрующего кольца и последующая двухсторонняя разборка болтов по два с каждой стороны. Третья схема - односторонняя разборка с последующим снятием калибрующего кольца. При всех схемах распалубки перед раскручиванием пружинных болтов производили отпуск откидных болтов, крепящих калибрующее кольцо к наружной форме и снятие нижнего анкерного кольца.
В процессе разборки наружной формы на каждой её стадии осуществляли осмотр внутренней поверхности трубы на предмет обнаружения кольцевых трещин, контроль кольцевых и продольных деформаций бетона наружной и внутренней поверхности трубы, а так же определяли приращение вертикального и горизонтального диаметра в её втулочной части.
Деформации бетона определяли с помощью рычажных тензометров с базой 100 мм. На наружной поверхности тензометры устанавливались в окна, вырезанные на форме (рис. 2.1, окна 1Y, Y, Y1 тензометры 15....19). Места точек контроля деформаций наружной поверхности бетона относительно вертикальной плоскости симметрии трубы с наружной формой, лежащей на посту распалубки, показаны на рис. 2.5 - точки Ж, 3, И. На внутренней поверхности тензометры устанавливались в трёх поперечных сечениях трубы в различных точках по окружности - рис. 2.5 , сечения I...III, точки А, Б, В, Г, Д, Е. Для установки приборов на наружной поверхности трубы на ней в процессе бетонирования были специально закреплены проволочные петли. Для установки тензометров на внутренней поверхности трубы перед разборкой наружной формы и снятии втулочного калибрующего кольца в бетоне сверлились отверстия диаметром 6 мм, в которые затем вставлялись деревянные пробки с металлической петлёй для крепления тензометров. Приращения вертикального и горизонтального диаметра трубы в сечениях I и П (рис. 2.6) определяли посредством контроля радиальных перемещений внутренней поверхности трубы индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм, которые устанавливалась с помощью универсальных штативов на деревянной крестовине. Визуальные наблюдения показали, что при разборке наружных форм по схемам 1, 3 (табл. 2.1, рис. 2.4), во всех без исключения трубах наблюдались характерные кольцевые трещины (рис. 1.5, 1.6), которые всегда располагались со стороны опережающей распалубки таким образом, что их середина приходилась на уровне горизонтального диаметра (точка А на рис. 2.5). Трещины наблюдались на внутренней поверхности трубы на расстоянии 100-120 мм от торца и имели протяжённость 40-150 мм. По показаниям тензометров трещинообразование начиналось во всех случаях при раскручивании третьего или четвёртого болта (стадия 5 для схемы распалубки № 1 и стадия 3 для схемы № 3). Зрительно трещины появлялись при разборке пятого, шее 65 того болта (стадия 7 для схемы № 1 и стадия 4 для схемы № 2); при разборке седьмого и восьмого болта трещина достигала максимального раскрытия, и при дальнейшей разборке пружинных болтов закрывалась. При этом в некоторых случаях для труб серий 3, 4 (табл. 2.1) по окончании распалубки наблюдалось полное зажатие трещин (величина остаточного раскрытия (асгс - 0,03 мм). Этот факт, а так же то, что максимальное раскрытие в процессе распалубки трещина получала у труб первой серии, минимальное у труб четвёртой серии (табл. 2.1) говорит о наличии продольного обжатия, передаваемого от спирально-перекрёстной арматуры. Исследования кольцевых деформаций наружной и внутренней поверхности трубы показали, что в процессе распалубки их значения достаточно стабильны для каждой из 3-х схем разборки формы и не зависят от шага навивки арматуры и класса трубы.
Определение усилий и оценка трещиностойкости кольцевых сечений опытных виброгидропрессованных труб на стадии изготовления
Настоящие исследования проведены с целью оценки деформаций труб в процессе их распалубки и определения момента образования кольцевых трещин.
Как базовые проводились исследования при распалубке 20 труб диаметром 1200 мм со спирально-перекрестным армированием с параметрами армирования (табл. 2.1 трубы 1...20) при 3-х различных схемах распалубки (рис. 2.4.а). Для распространения полученных результатов на трубы с ортогональным армированием и на трубы изготавливаемые в двухразъемных формах дополнительно были проведены исследования распалубки 24 вибро-гидропрессованных труб диаметром 600, 800, 1000, 1200 мм с ортогональным армированием при 5-ти различных схемах распалубки (рис. 2.46).
В процессе базовых экспериментальных исследований на трубах со спирально-перекрестным армированием не ставилась задача выпуска труб без кольцевых трещин, наоборот, желательно было точно определить их местоположение и конкретную стадию распалубки на которой эти трещины образуются.
Так как с увеличением срока эксплуатации наружных форм вероятность появления кольцевых трещин возрастает, для проведения экспериментальных исследований была специально отобрана форма, которая эксплуатировалась около 2-х лет и давала значительное количество упомянутого брака.
Чтобы исключить влияния вибрации на показания приборов, распалубка во всех случаях осуществлялась вручную гаечными ключами.
Первая схема распалубки - двухсторонняя разборка с откручиванием пружинных болтов по два с каждой стороны и последующим снятием калибрующего кольца, вторая схема - снятие калибрующего кольца и последующая двухсторонняя разборка болтов по два с каждой стороны. Третья схема - односторонняя разборка с последующим снятием калибрующего кольца. При всех схемах распалубки перед раскручиванием пружинных болтов производили отпуск откидных болтов, крепящих калибрующее кольцо к наружной форме и снятие нижнего анкерного кольца.
В процессе разборки наружной формы на каждой её стадии осуществляли осмотр внутренней поверхности трубы на предмет обнаружения кольцевых трещин, контроль кольцевых и продольных деформаций бетона наружной и внутренней поверхности трубы, а так же определяли приращение вертикального и горизонтального диаметра в её втулочной части.
Деформации бетона определяли с помощью рычажных тензометров с базой 100 мм. На наружной поверхности тензометры устанавливались в окна, вырезанные на форме (рис. 2.1, окна 1Y, Y, Y1 тензометры 15....19). Места точек контроля деформаций наружной поверхности бетона относительно вертикальной плоскости симметрии трубы с наружной формой, лежащей на посту распалубки, показаны на рис. 2.5 - точки Ж, 3, И. На внутренней поверхности тензометры устанавливались в трёх поперечных сечениях трубы в различных точках по окружности - рис. 2.5 , сечения I...III, точки А, Б, В, Г, Д, Е. Для установки приборов на наружной поверхности трубы на ней в процессе бетонирования были специально закреплены проволочные петли. Для установки тензометров на внутренней поверхности трубы перед разборкой наружной формы и снятии втулочного калибрующего кольца в бетоне сверлились отверстия диаметром 6 мм, в которые затем вставлялись деревянные пробки с металлической петлёй для крепления тензометров. Приращения вертикального и горизонтального диаметра трубы в сечениях I и П (рис. 2.6) определяли посредством контроля радиальных перемещений внутренней поверхности трубы индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм, которые устанавливалась с помощью универсальных штативов на деревянной крестовине. Визуальные наблюдения показали, что при разборке наружных форм по схемам 1, 3 (табл. 2.1, рис. 2.4), во всех без исключения трубах наблюдались характерные кольцевые трещины (рис. 1.5, 1.6), которые всегда располагались со стороны опережающей распалубки таким образом, что их середина приходилась на уровне горизонтального диаметра (точка А на рис. 2.5). Трещины наблюдались на внутренней поверхности трубы на расстоянии 100-120 мм от торца и имели протяжённость 40-150 мм. По показаниям тензометров трещинообразование начиналось во всех случаях при раскручивании третьего или четвёртого болта (стадия 5 для схемы распалубки № 1 и стадия 3 для схемы № 3). Зрительно трещины появлялись при разборке пятого, шеетого болта (стадия 7 для схемы № 1 и стадия 4 для схемы № 2); при разборке седьмого и восьмого болта трещина достигала максимального раскрытия, и при дальнейшей разборке пружинных болтов закрывалась. При этом в некоторых случаях для труб серий 3, 4 (табл. 2.1) по окончании распалубки наблюдалось полное зажатие трещин (величина остаточного раскрытия (асгс - 0,03 мм). Этот факт, а так же то, что максимальное раскрытие в процессе распалубки трещина получала у труб первой серии, минимальное у труб четвёртой серии (табл. 2.1) говорит о наличии продольного обжатия, передаваемого от спирально-перекрёстной арматуры. Исследования кольцевых деформаций наружной и внутренней поверхности трубы показали, что в процессе распалубки их значения достаточно стабильны для каждой из 3-х схем разборки формы и не зависят от шага навивки арматуры и класса трубы.
Рекомендации по проектированию, устройству и защите секционных трубопроводов на слабых грунтах
Для исследований был выбран механический способ разработки грунтов траншей, который является основным при устройстве траншей различных размеров траншей. В настоящее время этим способом разрабатывают более 80% грунтов при возведении трубопроводов.
Анализ устройства трубопроводов показал, что одноковшовыми экскаваторами разрабатывают около 45% всех грунтов. Машины имеют различное по виду и объему ковша рабочее оборудование, механический или гидравлический привод. На механических эксикаторах ковш жестко соединен с рукоятью и его движение осуществляется за счет напорного усилия рукоятью и за счет тягового усилия - канатами. У гидравлических экскаваторов движение ковша происходит за счет усилий штоков гидроцилиндров стрелы, рукоятки или ковша.
При разработке проекта производства работ (ППР) на разработку траншей были рассмотрены ряд одноковшовых экскаваторов с различным сменным оборудованием с ковшом вместимостью 0,25 ... 3,2 м .
При рассмотрении технологии производства работ были изучены разные способы разработки грунта одноковшовыми экскаваторами, которые определяются в основном видом применяемого на них сменного рабочего оборудования. Выбор способа зависит от размеров и объемов земляных сооружений, свойств грунта, наличия грунтовых вод и др.
На экспериментальной площадке была изучена эффективность использования экскаваторов с прямой лопатой. Разработка грунта экскаватором с прямой лопатой во многом предопределяется особенностями его конструкции. Экскаватор перемещается по дну выемки, копает «от себя» снизу вверх с погрузкой разрабатываемого грунта на транспортные средства. Наиболее часто применяют экскаваторы с ковшами вместимостью 0,4 ... 2,5 м3. Вместимость ковша выбирает в зависимости от объемов работ, глубины котлована и характеристик грунта.
При использовании экскаваторов с прямой лопатой, для наиболее полного заполнения ковша высота забоя должна быть не меньше трехкратной высоты ковша. Экскаваторы с прямой лопатой наиболее эффективно работают в сухих забоях, а в мокрых (при высоком уровне грунтовых вод) надо применять водоотвод или водопонижение. Выемку, образованную одним ходом экскаватора, называют проходкой. По характеру разработки грунта проходки могут быть лобовыми (торцовыми) и боковыми. При лобовой проходке экскаватор движется по оси выемки и разрабатывает грунт впереди себя и по обе стороны от оси, а при боковой с одной стороны по ходу движения. Характер проходки зависит от глубины и ширины траншеи и условий его разработки. Лобовыми проходками разрабатывают выемки на крутых склонах или когда глубина выемки не позволяет загружать транспортные средства, расположенные на берме выемки.
В процессе экспериментов были рассмотрена эффективность использования для разработки грунта экскаваторов с обратной лопатой. Разработку грунта экскаваторами с обратной лопатой осуществляют торцовыми или боковыми проходами с перемещением экскаватора по верху забоя «на себя» с копанием грунта ниже уровня его стоянки. Последняя особенность важна в тех случаях, когда грунты увлажненные или мокрые.
Разработанный грунт обычно отсыпают в отвал на бровку и частично (излишки, ненужные для обратной засыпки) на транспорт. Ширину проходки при погрузке грунта в транспортные средства принимают (1,2 .. 1,3 )/R (R -радиус резания), а при отсыпке в отвал - (0,7 .. 0,8)R, так как ограничивает вместимость отвала. При отрывке траншей разработку грунта рекомендуется начинать со стороны откоса к середине траншеи, что снижает сопротивление грунта резанию.
В процессе исследований были рассмотрены эффективные способы выбора одноковшового экскаватора.
Выбор экскаватора производился в зависимости от вида земляных работ на объекте. Первоначально тип экскаватора, требуемый для конкретного случая, устанавливался после изучения вида, размера, конфигурации и объема выемки. При этом учитывались характеристики грунтов и трудоемкости их разработки; наличие грунтовых вод. Выбор экскаватора производился также в зависимости технологических особенностей и условий выполнения земляных работ, а также с учетом области применения (вид и условия работы) сменного оборудования одноковшовых экскаваторов.
На основе сравнения различных вариантов для экспериментальных площадок были выбраны способы разработки грунта экскаватором с прямой и обратной лопатой.
Далее исходя из требований максимальной выработки механизма определялся необходимый объем ковша экскаватора.
По результатам экспериментов было установлено, что выработка механизма в основном определяется продолжительностью рабочего цикла и количеством грунта, разрабатываемого за один цикл. Следовательно, при выборе экскаватора объем ковша должен быть максимальным, а время для его наполнения - минимальным.
Выполнение этих требований в конкретных условиях обеспечивается, когда ковш определенного объема в процессе выработки грунта в откосе будет за одно движение наполняться с верхом в момент выхода его из забоя на поверхность. Такое наполнение ковша будет в основном зависеть от его объема, трудоемкости разработки грунта и глубины копания (при послойном резании грунта вдоль откоса). Эта взаимосвязь установлена опытным путем и приведена в табл. 4.2. В процессе экспериментов было установлено, что учитывая особенности разработки грунта и наполнения ковша экскаватора с гидравлическим приводом, наименьшую высоту забоя можно принять выше на 30 ... 40%. В этом случае требуемую вместимость ковша определяют по табл. 5.2 исходя из условий величины глубины разработки.
Анализ эффективных способов устройства траншей для железобетонных трубопроводов большого диаметра показал, что во многих случаях эффективным является использование для отрывки траншей многоковшовых экскаваторов. На свободных и больших территориях более производительными являются многоковшовые экскаваторы. Поэтому при необходимости отрывки траншей большой протяженности для магистральных трубопроводов технически и экономически целесообразнее использовать многоковшовые (цепные или роторные) экскаваторы непрерывного действия.
