Menu

Рациональная конструктивная схема трубчатой моноопоры

Прочность грунтовой заделки на проворачивание, выдавливание и осадку (при R = 0) моноопоры изменяется пропорционально изменению площади ее боковой поверхности, контактирующей с грунтом. При уменьшении глубины грунтовой заделки в 2 раза ее прочность на проворачивание, выдавливание и осадку остается прежней, если в 2 раза увеличить диаметр части моноопоры, погружаемой в грунт.

В то же время прочность грунтовой заделки на опрокидывание моноопоры изменяется не пропорционально изменению ее диаметра и глубины погружения в грунт. Так, необходимая глубина погружения в обводненные донные илы или пески (сопротивление сдвигу т = 1 кПа; удельный вес у = 20кН/м3) моноопоры из труб равного по высоте поперечного сечения диаметром 0,245 м с толщиной стенки 0,01 м и допустимым напряжением [о] = 550 МПа, вычисленная из условий прочности грунтовой заделки по выражению (6.17), составляет 5,6 м.

Для обеспечения аналогичной прочности грунтовой заделки глубиной 4 м в тех же грунтах погружаемую в них часть моноопоры необходимо выполнить из труб диаметром 0,86 м. Следовательно, в данном случае при уменьшении глубины грунтовой заделки в 1,4 раза ее диаметр необходимо увеличить в 3,5 раза.

В трубах погружаемой части моноопоры оказывается донный грунт, который по мере ее стабилизации или после нее необходимо извлекать на поверхность. Объем этого грунта пропорционален квадрату внутреннего диаметра труб погружаемой части моноопоры. Поэтому извлечение керна из моноопоры с увеличенным диаметром труб ее погружаемой в грунт части затруднительно и продолжительно. Качество отбираемых образцов грунта в этом случае нарушается из-за перемешивания его верхних слоев с нижними.

Это обусловлено тем, что диаметр спускаемого в моноопору керноприемника ограничен внутренним диаметром труб ее вышерасположенной секции и меньше диаметра труб, из которых необходимо отобрать грунт. После первого рейса отбора грунта таким керноприемником из секции увеличенного диаметра у стенок труб этой секции остается толстое кольцо неотобранного грунта. При последующих рейсах грунт из этого кольца частично осыпается и перемешивается с нижележащими слоями.

В конструкции моноопоры (свидетельство № 20662 на полезную модель "Устройство для ударно-забивного бурения на акваториях", 2001 г.), приведенной на рис. 6.3, эти недостатки отсутствуют. Моноопора включает в себя башмак 1, навинченный на нижний конец секции 2 из двух концентрично смонтированных и жестко соединенных между собой труб. К верхнему концу секции 2 присоединена при помощи муфты 3 колонна, состоящая из секций 4 одинарных труб, соединенных между собой также при помощи муфт 3.

При этом прочность и надежность работы грунтовой заделки обеспечиваются тем, что наружный диаметр секции из концентрично смонтированных труб предлагается брать больше наружного диаметра остальных секций и определять из условия, получаемого после преобразования выражения (6.17):

[image]

 

где соответственно D и / - наружный диаметр и величина заглубления в грунт морского дна секции из концентрично смонтированных труб; у и т - удельная сила тяжести и удельное сопротивление грунта дна сдвигу; [о] и W - допустимое напряжение труб и момент сопротивления наиболее опасного сечения моноопоры.

С увеличением наружного диаметра труб нижней части моноопоры, заглубленной в грунт, возрастают моменты от сил его сопротивления смятию, тяжести и среза по образующей выдавливаемого объема грунта, т.е. повышается прочность грунтовой заделки.

Рациональные сочетания величин наружных диаметров нижней секции 2 и верхней 4 двухступенчатой моноопоры описываемой конструкции (см. рис. 6.3) из труб с толщиной стенки 0,01 м и допустимым напряжением 550 МПа, вычисленные по выражению (6.18), приведены в табл. 6.5. Эти сочетания рациональны по условиям прочности грунтовой заделки глубиной 4 м на опрокидывание в грунтах с различным удельным сопротивлением сдвигу.

[image]

Рис. 6.3. Рациональная конструктивная схема моноопоры:

1 - башмак; 2 - секция двойных труб; 3 - соединительная муфта; 4 - секция одинарных труб

 

При выполнении погружаемой в грунт секции моноопоры из одинарных труб любого диаметра лобовое сопротивление грунта ее просадке практически отсутствует. Как уже отмечалось, это обусловлено тем, что при бурении скважины ниже башмака моноопоры породы из-под его нижнего торца вымываются или обрушаются на забой.

Повышение эффективности извлечения грунта из моноопоры данной конструкции обеспечивается за счет выполнения погружаемой в грунт секции моноопоры из двух концентрично смонтированных труб с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру выше расположенных секций. При этом обеспечивается соответствие диаметров поступающего в трубы моноопоры грунта и применяемого для его отбора керноприем- ника (пробоотборника или грунтоноса).

Таблица 6.5

Необходимый диаметр (м) нижней секции двухступенчатой моноопоры по условиям прочности грунтовой заделки глубиной 4 м на опрокидывание

Диаметр верх

Удельное сопротивление грунта сдвигу т,

кПа

ней секции, 10-3 м

2

4

6

8

10

168

180

 

 

 

 

194

325

 

 

 

 

219

530

245

 

 

 

245

1020

426

 

 

 

273

1220

630

377

 

 

299

1420

920

630

351

 

325

1720

1120

810

630

351

'Необходимая прочность грунтовой заделки обеспечивается, диаметр нижней секции меньше диаметра верхней секции.


Выполнение погружаемой в донный грунт секции моноопоры из концентрично смонтированных труб увеличивает площадь ее поперечного сечения и тем самым повышает лобовые сопротивления грунта просадке в него моноопоры. Это положительно влияет на прочность грунтовой заделки, так как при небольшой глубине погружения моноопоры в грунт дна удерживающая сила по боковой поверхности труб может оказаться меньше сил, возникающих, например, при расхаживании или извлечении из скважины прихваченного в породах бурового снаряда. В этих случаях моноопора при отсутствии лобового сопротивления может погружаться, что приведет к аварийной ситуации.

Секция 2 (см. рис. 6.3) при сравнительно большом ее наружном диаметре и герметичном исполнении может обладать положительной плавучестью. Для устранения положительной плавучести секция 2 может быть заполнена балластом, что повысит остойчивость моноопоры, в этой секции может быть установлен специальный забивной механизм или она может быть выполнена жесткой, но не герметичной и заполненной морской водой.

До начала монтажа и стабилизации моноопоры должны быть известны средние показатели физико-механических характеристик грунтов дна акватории в районе предстоящего бурения. Желаемая величина погружения нижнего конца моноопоры в грунт задается. Затем по расчетам ее прочности в конкретных гидрологических условиях определяют необходимый диаметр, толщину стенки и предел текучести материала труб секций 4 (см. рис. 6.3).

Параметры грунтовой заделки по условиям выдавливания и осадки моноопоры не зависят от физических и геометрических характеристик труб ее секций, а зависят от физико- механических свойств грунтов и сил нагружения моноопоры. Параметры грунтовой заделки по условиям опрокидывания моноопоры зависят от физико-механических свойств грунтов и сил нагружения заделки, а также очень существенно от физических и геометрических характеристик труб верхней секции ступенчатой моноопоры.

Для стабилизации в слабых грунтах моноопоры с верхней секцией из труб сравнительно малой прочности (малые диаметр, толщина стенки и допустимое напряжение) больший наружный диаметр труб нижней секции получается при вычислении его по условиям выдавливания (6.2) и (6.3) и осадки (6.4). Так, для предотвращения выдавливания моноопоры из грунтов с Tf = 20 кПа при передаче осевой нагрузки на забой скважины Р = 60 кН (статическое зондирование) наружный диаметр однотрубной нижней секции моноопоры должен быть не менее 0,249 м независимо от диаметра ее верхней секции. Для предотвращения осадки моноопоры, нагружаемой силой 50 кН (характерная при бурении МБУ "Старт") в грунтах с т f = 20 кПа, наружный диаметр однотрубной нижней секции должен быть не менее 0,299 м независимо от диаметра верхней секции.

Для предотвращения опрокидывания моноопоры с диаметром верхней секции 0,168 м из труб с толщиной стенки 0,01 м и допустимым напряжением 380 МПа в грунтах с т = 1 кПа и т = 2 кПа достаточно, чтобы наружный диаметр нижней секции составлял соответственно 0,176 и 0,046 м. При таких физических и геометрических характеристиках труб верхней секции моноопоры в грунтах любой плотности вычисленные значения диаметра ее нижней секции по опрокидыванию значительно меньше, чем по условиям выдавливания и осадки.

С повышением плотности донных грунтов и прочности верхней секции больший наружный диаметр труб нижней секции может получаться при вычислении его по условию опрокидывания (6.18). Для предотвращения опрокидывания моноопоры с диаметром верхней секции 0,325 м из труб с толщиной стенки 0,014 м и допустимым напряжением 750 МПа минимально необходимый наружный диаметр нижней секции в грунтах с т = 1 кПа и т =2 кПа должен составлять 2,3 и 2,0 м соответственно.

Следовательно, рациональные конструкцию и диаметры труб при проектировании ступенчатой моноопоры с применением секции из двух концентрично смонтированных труб следует выбирать по результатам сравнения вычисленных параметров грунтовой заделки на выдавливание, осадку и опрокидывание и последующего уточнения этих параметров, исходя из ближайших диаметров серийно выпускаемых труб в сторону их увеличения. Высоту секции 2 (см. рис. 6.3) моноопоры при изготовлении можно взять больше заданной глубины погружения ее нижнего конца в грунт.

Стабилизацию моноопоры в грунте дна акватории осуществляют следующим образом. Секцию 2 моноопоры вместе с навинченным на ее нижний конец башмаком 1 при помощи грузоподъемных средств плавоснования опускают через его проем в воду и подвешивают на хомуте (на рисунке не показаны). Затем наращивают секции 4 с муфтами 3 и колонну труб опускают до упора башмака 1 в дно акватории.

Далее при помощи ударно-забивного снаряда собранную колонну погружают на необходимую глубину в грунт дна. По мере погружения моноопору наращивают секциями 4 расчетной длины так, чтобы по завершении погружения верхний конец моноопоры возвышался над палубой плавоснования на 0,8— 1,0 м.

Затем на верхний конец моноопоры монтируют площадку с установленными на ней основными исполнительными механизмами (вращатель, механизм подачи инструмента, мачта и т.п.) и приступают к бурению скважины. По завершении бурения моноопору демонтируют в обратной последовательности: грузоподъемными механизмами плавоснования с моноопоры снимают буровые механизмы с площадкой, извлекают из грунта моноопору, поочередно разбирая ее на отдельные секции и укладывая их на плавосновании.

Использование моноопоры описанной конструкции позволяет повысить качество исследований свойств донных грунтов, производительность стабилизации моноопоры в грунте морского дна и надежность ее эксплуатации. Это достигается за счет уменьшения глубины погружения моноопоры в грунт и изготовления ее нижней секции из труб рационального наружного диаметра, вычисляемого по математически обоснованному и практически проверенному выражению (6.18). Повышение геологической информативности при выполнении геологоразведочных работ крайне важно, так как именно с этой целью проводят бурение разведочных и инженерно-геологических скважин.

Оставьте свой комментарий

Оставить комментарий от имени гостя

0
  • Комментарии не найдены

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:2652 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:5351 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:2571 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Определение координат засечками.

Засечкой называется метод определения координат отдельной точки измерением элементов, связывающих ее положение с исходными пунктами. Для определения планового положения точки необходимо измерить два элемента. Для контроля, кроме необходимых, выполняют избыточные измерения...

13-08-2010 Просмотров:39637 Инженерная геодезия. Часть 1.

Глава 2. Отбор образцов

ГЛАВА 2. ОТБОР ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОЛИРОВАННЫХ ШЛИФОВ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА РУД ИЗ ТВЕРДЫХ И СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ     Отбор образцов имеет решающее значение для полной характеристики вещественного состава руд...

03-03-2011 Просмотров:6498 Рудная минераграфия

Эксплуатация внутренней отделки зданий и…

Внутреннюю отделку помещений надо проверять одновременно с осмотром стен, полов и перекрытий, обращая особое внимание на наличие трещин, сколов и выбоин в штукатурном слое, отслаивание окрасочных пленок, наличие пятен, выцветов...

01-04-2010 Просмотров:6851 Эксплуатация жилых зданий