Прокладка газопроводов в специфических грунтах

Оценка грунтовых условий важна при выборе трассы газопровода, а также выполнения мероприятий, обеспечивающих качественное строительство и надежную эксплуатацию построенного сооружения.

В зависимости от состава и природно-климатических условий можно встретить следующие специфические грунты:

• просадочные;

• набухающие;

• элювиальные;

• пучинистые;

• засоленные.

Просадочные грунты

Просадочные грунты под действием нагрузки или замачивания уменьшаются в объеме и дают значительную осадку. Их основу составляют лессовидные суглинки и лессы, имеющие высокую пористость (до 50%). При повышенной увлажненности происходит потеря его прочности и под воздействием внешней нагрузки и (или) собственного веса происходит его дополнительное уплотнение — просадка грунта (рис.1).

Рис.1 Просадка грунта на дороге

Просадочный грунт в нормальных условиях имеет низкую влажность, поэтому под воздействием дополнительной влаги значительно изменяет свою структуру. Также лессы насыщены карбонатами, которые легко растворимы в воде, что нарушает целость грунта.

Устранение просадочных свойств проводится методами уплотнения и закрепления. В результате изменяется структура, повышается плотность и прочность.

При подземной прокладке газопроводов при недопустимых просадках устраивают маловодопроницаемый экран из уплотненных грунтов. Засыпку пазух траншеи выполняют недренирующим водонепроницаемым грунтом слоями с уплотнением до естественной плотности грунта.

Недренирующие грунты — это местные лессовидные суглинки, супеси, глины, у которых коэффициент фильтрации меньше 0,5 м/сут.

При надземной прокладке устраивают водонепроницаемые экраны под основанием фундаментов опор, засыпают пазухи фундамента недренирующим грунтом и устраивают отмостки, которые перекрывают пазухи фундаментов не менее чем на 0,5 м. Под отмосткой выполняют глиняный замок толщиной не менее 0,15 м.

Рис.2 Обратная засыпка с уплотнением

Рытье траншеи в грунтах типа II по просадочности проводят после окончания работ, защищающих от стока поверхностных вод в траншею как на время строительства, так при эксплуатации. При рытье траншеи в грунтах типа II по просадочности ее длину определяют, чтобы уложить и засыпать трубу за одну смену. Засыпка должна проводиться недренирующими грунтами с уплотнением до естественной плотности грунта (рис.2).

Справка: согласно СП 21.13330.2012 «Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.01.09-91» при II типе просадочности помимо просадки грунтов от внешней нагрузки возможна их просадка от собственного веса более чем на 5 см.

Набухающие грунты

В отличие от просадочных набухающие грунты при увлажнении увеличиваются в объеме. А при высыхании они дают усадку, что роднит их с просадочными грунтами. Основная причина такого поведения — наличие глинистых минералов, особенно монтмориллонита, обладающего слоистой структурой, способной поглощать большое количество воды.

Рис. 3 Монтмориллонит

Кстати, монтмориллонит (рис.3) — полезное ископаемое, которое используется благодаря адсорбирующим и омыляющим свойствам. Главный потребитель — нефтехимическая промышленность, которая использует эту глину для очистки продуктов перегонки нефти от примесей. Монтмориллонит используют в текстильной, косметической, пищевой промышленности.

Для подземных газопроводов при расчетных деформациях основания с набухающими грунтами больше допустимых предусматривают:

• устройство компенсирующих песчаных (кроме пылеватых и мелкозернистых) подушек на кровле ненабухающих или в пределах слоя набухающих грунтов с их уплотнением до объемного веса не менее 1,6 г/см³;

• выполнение водозащитных мероприятий;

• планировку территории, обеспечивающую отвод поверхностных вод от траншеи;

• полную или частичную замену набухающего грунта ненабухающим.

Засыпку траншей выполняют привозным недренирующим либо местным грунтом с предварительным его увлажнением.

Строительство газопроводов в средненабухающих и сильнонабухающих грунтах должно осуществляться аналогично строительству в грунтах типа II по просадочности.

Элювиальные грунты

Элювий представляет собой рыхлые продукты выветривания горных пород, скопившиеся в местах своего образования. Залегают обычно на плоских водоразделах, на пологих склонах и в долинах рек. У элювиальных грунтов есть свои особенности:

• неоднородность по глубине и на различных участках;

• снижение прочности при длительном нахождении в открытых котлованах, возможность перехода в плывуны;

• в зависимости от состава склонность к набуханию, просадочности или морозному пучению.

В зависимости от характера воздействия элювиальных грунтов на газопроводы при проектировании и строительстве определяют мероприятия, аналогичные для просадочных и набухающих грунтов. В грунтах с наличием включений скальных пород полностью заменяют их рыхлые включения из верхней зоны основания на толщину не менее 0,2 м песком (кроме пылеватого и мелкого) или мелкозернистым щебнем, гравием с уплотнением.

При наличии в основании грунтов, теряющих устойчивость и несущую способность под воздействием воздуха и воды, не добирают грунт:

• не менее 0,15 — для прочих элювиальных грунтов;

• не менее 0,5 — для пологозалегающих углистых и сажистых прослоев;

• не менее 0,3 — для пылевато-глинистых и песчаных, а также для крупнообломочных аргиллито-алевритовых грунтов.

Рис.4 Серьги с аргеллитом

Кстати, аргиллит представляет собой окаменевшую глину, экземпляры с необычной раскраской могут использоваться в ювелирных украшениях (рис.4).

При строительстве газопровода в грунтах, переходящих в неустойчивое состояние от воздействия воды и температуры окружающего воздуха, траншею на проектную глубину не разрабатывают. Укладка газопровода осуществляется после доработки дна траншеи на участке исходя из условия окончания работ по укладке и засыпке траншеи в течение смены. Засыпку траншеи проводят сразу после монтажа газопровода.

Засоленные грунты

При засолении почв в них накапливаются соли, в результате образуются солончаки, солонцы и солоди. В России более 40 млн га почв считаются засоленными, основная масса сконцентрирована в степях, полупустынях и пустынях. Их много в Поволжье, на территории Прикаспийской низменности. Также засоленные почвы встречаются в степных зонах Омской, Тюменской и Курганской областей, Алтайском крае, Северо-Восточном Предкавказье.

Интересный факт: самым большим в мире является солончак Уюни на юго-западе Боливии (рис.5). Он расположен в Андах на высоте 3650 м над уровнем моря, его площадь 10,5 тыс. км².

Рис.5 Солончак Уюни

При водонасыщении засоленных грунтов происходит растворение солей, в результате уменьшается взаимосвязь отдельных частиц, и, как следствие, прочность основания. Процесс просадки происходит быстро.

Строительство в засоленных грунтах должно выполняться аналогично строительству на просадочных грунтах. Проектирование можно выполнять как для обычных незасоленных грунтов при отсутствии возможности замачивания грунтов, незначительных осадках грунта при выщелачивании солей.

Также металлические сооружения в засоленных грунтах подвергаются коррозии, поэтому для прокладки рекомендуются полиэтиленовые трубы. Верхний слой засоленного грунта толщиной не менее 5 см должен быть удален с поверхности основания насыпи.

В проектах расчет газопроводов на прочность проводят с учетом осадки в связи с неравномерностью замачивания основания, схемы фильтрационного потока, неоднородности распределения солей в грунтах.

Существует еще два вида особых грунтов – пучинистые и насыпные. О них расскажем в следующей статье.

 Автор статьи: Вершилович Владислав Адамович

- Место работы - ООО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

- Автор популярных книг и учебных пособий по устройству и эксплуатации газового оборудования

Пройдите курсы по промышленной безопасности
И получите удостоверение

Подробности здесь