Р 555-84 Руководство по определению физических характеристик, определяющих механическое взаимодействие трубопроводов с торфяными грунтами

1.1. Настоящее Руководство распространяется на работы, при которых определяются физико-механические характеристики торфов, необходимые для проведения расчетов на прочность и устойчивость участков магистральных трубопроводов в соответствии с требованиями главы СНиП II-45-75* "Магистральные трубопроводы. Нормы проектирования".

________________

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действуют СНиП 2.05.06-85. - Примечание изготовителя базы данных.

1.2. Руководство не распространяется на другие заторфованные грунты, классификация которых определена СНиП II-15-74, а также на торфы, находящиеся в мерзлом и вечномерзлом состоянии.

1.3. Выделение торфов из общей номенклатуры грунтов, как оснований магистральных трубопроводов, определяется в основном их большой деформативностью под нагрузками, что приводит к значительным перемещениям трубопровода в условиях эксплуатации и существенно отражается на деформированном и напряженном состоянии труб.

1.4. Характеристики торфа определяют на основании данных инженерно-геологических обследований (инженерных изысканий) трассы трубопровода с учетом изменений этих характеристик в процессе строительства и эксплуатации.

1.5. При проведении инженерных изысканий и проектировании должны выполняться требования СНиП II-9-78 "Инженерные изыскания для строительства", СНиП III-8-76 "Основания и фундаменты. Правила производства и приемки работ" и СНиП III-42-80 "Магистральные трубопроводы. Правила производства и приемки работ".

1.6. Основным объектом инженерных изысканий, рассматриваемых в Руководстве, являются торфяные болота.

1.7. В пределах геологического разреза различают растительно-корневой слой, слабую толщу и дно болота.

1.8. В зависимости от мощности растительно-корневого слоя и болотных отложений болота подразделяют на мелкие - при мощности слабых отложений менее 2 м, средние - от 2 до 4 м и глубокие - более 4 м.

1.9. По степени минерализации воды различают низинные и верховые болота. К низинным относят болота, поверхность которых увлажняется водами, богатыми минеральными солями. К верховым - болота, увлажняемые водой, бедной минеральными солями. Тип переходных болот, процент которых незначителен, является промежуточным между верховыми и низинными.

1.10. Дно болота может быть сложено глинистыми, песчаными или скальными породами и в зависимости от этого может быть водопроницаемым или водонепроницаемым (водоупором).

1.11. В зависимости от длины болота (по оси трубопровода) их делят на малопротяженные (до 100 м), среднепротяженные (от 100 до 500 м), протяженные (свыше 500 м).

1.12. В соответствии с принятой в СНиП II-15-74 терминологией механические (прочностные и деформационные) характеристики грунтов, а также физические характеристики, за исключением специально оговоренных, объединяются в термин "характеристики грунтов".

2.1. При изысканиях для трубопроводного строительства на болотах необходимо получение исходных данных для:

• оценки несущей способности и деформируемости торфяного грунта в различных направлениях;

• прогнозирования гидрогеологических процессов в период строительства и эксплуатации трубопровода (изменения уровня грунтовых вод, глубина сезонного промерзания болота и т.д.);

• выбора способов и сроков проведения строительных работ;

• определения возможности перемещения строительной техники.

2.2. Инженерно-геологические изыскания должны включать: инженерно-геологическую рекогносцировку, инженерно-геологическую съемку, инженерно-геологическую разведку.

2.3. Для получения характеристик торфа и других требуемых данных согласно пп.2.2.1-2.2.3 необходимо выполнить следующие работы:

• проходку зондировочных и опорных скважин с отбором проб торфа и испытание торфяного грунта в условиях природного залегания;

• лабораторные испытания проб торфяного грунта с определением основных показателей его состава и состояния, а также испытания монолитов для определения механических свойств.

2.4. Проходку зондировочных скважин при переходе через болото осуществляют по оси трассы с заглублением в минеральный грунт на 0,5 м. Основное назначение зондировочных скважин - выявление мощности торфяного слоя, уровня грунтовых вод и отбор проб для визуального установления вида торфа по степени разложения. Расположение скважин по ширине полосы отвода трассы определяется проектной организацией.

2.5. Количество опорных скважин (основных) зависит от микроландшафта заболоченного участка. На однотипном микроландшафте достаточно трех скважин (по краям и в центре). На неоднородном участке необходима проходка опорных скважин на каждой разновидности болотного микрорельефа.

2.6. Параллельно с проходкой опорных и зондировочных скважин выполняют зондирование болотной толщи конусным наконечником и через каждые 0,5 м по глубине толщи испытывают торф на сдвиг с помощью крыльчатки.

Результаты статического зондирования позволяют уточнить границы торфяной залежи, ее мощность и получить предварительную информацию о механических характеристиках торфа.

Результаты испытания торфа на срез по крыльчатке позволяют судить о прочностных свойствах торфяной залежи, а также используются в качестве классификационных показателей для подразделения торфа на виды по степени разложения.

2.7. Состав и объем работ при инженерно-геологических изысканиях трасс трубопроводов приведены в табл.1.

Таблица 1

3.1. Вещественный состав и физико-механические характеристики торфа позволяют судить о строительных свойствах и поведении торфа под нагрузкой.

3.2. Вещественный состав торфа характеризуют:

• ботанический состав;

• степень разложения ;

• влажность ;

• кислотный показатель рН;

• общее содержание минеральных включений - зольность ;

• газосодержание.

3.3. Ботанический состав характеризует количество ведущих растительных остатков в торфе. По ботаническому составу торф подразделяют на три группы: древесный - количество древесных остатков в торфе более 50%, травяной - травяных остатков не менее 65%, моховой - моховых более 75%.

3.4. Степень разложения торфа показывает процентное содержание продуктов распада растительности с полной утратой клеточного строения. Степень разложения качественно и количественно определяет структурные, фильтрационные и механические свойства торфа, являясь универсальной характеристикой его вещественного состава.

3.5. Влажность торфа соответствует типу и ботанической группе торфа. Влажность торфа определяют на образцах не нарушенной и нарушенной структуры.

3.6. Кислотный показатель рН косвенным образом характеризует степень агрессивности торфа по отношению к металлу (труба, анкера и т.д.) и бетону (пригрузы и т.д.).

3.7. Зольность торфа характеризует количество минеральной части в твердой фазе торфа и определяется по ГОСТ 11306-65* "Торф. Метод определения зольности". Для трубопроводного строительства зольность торфа не имеет решающего значения и может не определяться при инженерно-геологических изысканиях.

________________

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 11306-83. - Примечание изготовителя базы данных.

3.8. Газосодержание характеризует объем газовой фазы в единице объема торфа. Вероятное количество газа в торфе не превышает 3,0-3,5%. С известным допущением можно считать, что толща торфа ниже уровня грунтовых вод и в состоянии полного водонасыщения находится в двухфазном состоянии (вода и твердая составляющая).

3.9. Нормативные и расчетные значения плотности торфа, плотности сухого торфа, плотности частиц торфа вычисляются по результатам непосредственных определений в соответствии со СНиП II-15-74 "Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования" и ГОСТ 20522-75* "Грунты. Метод статистической обработки результатов определения характеристик".

________________

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 20522-96, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

3.10. Плотность торфа - отношение массы торфа (включая массу воды в его порах) к занимаемому им объему. Плотность торфа следует определять по ГОСТ 5182-78* "Грунты. Методы лабораторного определения объемного веса".

________________

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 5180-84. - Примечание изготовителя базы данных.

3.11. Плотность сухого торфа - отношение массы сухого торфа (исключая массу воды в его порах) к занимаемому им объему. Плотность сухого торфа находится в зависимости от плотности и влажности и вычисляется по формуле

.                                                            (1)

3.12. Плотность частиц торфа - отношение массы сухого торфа (исключая массу воды в его порах) к занимаемому объему этой сухой частью. Плотность частиц торфа следует определять по ГОСТ 5181-78* "Грунты. Метод лабораторного определения удельного веса".

________________

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 5180-84. - Примечание изготовителя базы данных.

3.13. Коэффициент пористости торфа характеризует объем пор в единице объема торфа и вычисляется по формуле

.                                               (2)

4.1. При определении характеристик торфа предпочтение следует отдавать полевым методам испытаний.

4.2. Для исследования деформационной способности торфа рекомендуется использовать плоский штамп площадью не менее 0,5 м (круглый или квадратный в плане).

Испытание торфа на срез целесообразно выполнять с помощью крыльчатки методом вращательного среза.

Для определения однородности строения залежи, выявления водных прослоек, суммарной мощности болота рекомендуется статическое зондирование.

4.3. Испытание торфяной среды штампом диаметром 800 мм осуществляют с поверхности или в шурфах в соответствии с "Рекомендациями по инженерно-геологическим изысканиям и проектированию оснований зданий и сооружений, возводимых на заторфованных территориях Ярославского Поволжья" (Ярославль, 1979), подготовленными НИИ оснований и подземных сооружений совместно с производственным объединением "Стройизыскания".

4.4. Испытание торфа на сдвиг в полевых условиях целесообразно проводить на приборах вращательного среза. Методика работы с прибором вращательного среза изложена в "Рекомендациях по инженерным изысканиям и расчету торфяных оснований нефтепромысловых сооружений Западной Сибири", ВР-26-76. Тюмень, 1976.

4.5. Статическое зондирование торфа с регистрацией сопротивления погружению конуса следует выполнять пенетрометром П-5. Погружение пенетрометра в торфяную залежь осуществляют вручную или с помощью установки УЗП-7, входящей в состав портативной полевой лаборатории ПЛГ-1РМ для исследования слабых грунтов.

4.6. Портативная полевая лаборатория ПЛГ-1РМ предназначена для инженерно-геологических исследований слабых грунтов в сложных природных и труднодоступных условиях местности, в том числе на болотах.

4.7. Нормативные и расчетные значения прочностных и деформационных характеристик торфа вычисляют по результатам непосредственных определений. Обработку опытных данных проводят по ГОСТ 20522-75 "Грунты. Метод статистической обработки результатов определений характеристик".

4.8. Расчетные значения характеристик торфа должны приводиться в отчетах по инженерно-геологическим изысканиям.

4.9. При отсутствии полевых и специальных лабораторных испытаний по определению характеристик торфа они могут быть получены на основании корреляционных соотношений, исходя из результатов определения простейших характеристик или по данным удельного сопротивления погружению конуса.

5.1. Диапазон изменения характеристик торфа по данным исследований и обобщений различных организаций приведен в табл.4.

Таблица 4

5.2. Некоторые характеристики верховых торфов Среднего Приобья, классифицированные по показателю степени разложения, приведены в табл.5. Назначение табл.5 - ориентировочное определение косвенным путем физических свойств торфа, для которого определена лишь его степень разложения.

Таблица 5

5.3. Перечень основных зависимостей между характеристиками торфа составлен по литературным данным для болот независимо от географического пункта их нахождения (см. п.5.1.1).

При определении характеристик торфа по зависимостям (3)-(37), их расчетные значения принимают равными нормативным. При этом характеристики, необходимые для использования зависимостей, должны быть получены на основе непосредственных определений.

5.4. Степень разложения торфа , %, может быть вычислена по значению рН солевой вытяжки по формулам:

для торфа низинного типа

рН;                                                       (3)

для торфа переходного типа

рН;                                                      (4)

для торфа верхового типа

рН.                                                     (5)

Степень разложения торфа , %, может быть вычислена по удельному сопротивлению погружению конуса , кПа (статическое зондирование) по формулам:

для торфа моховой группы

;                                                     (6)

для торфа травяной группы

.                                                   (7)

5.5. Относительная влажность , %, для топяного торфа травяной, травяно-моховой и моховой групп с 25-40% (по Ф.Н.Коваленко) составляет:

для болот низинного типа

;                                                        (8)

для болот верхового типа

.                                                        (9)

5.6. Плотность торфа , г/см, болот Среднего Приобья для торфов верхового и переходного типов составляет

.                                        (10)

5.7. Плотность частиц торфа , г/см, болот Среднего Приобья составляет:

для болот низинного типа (8-20%)

;                                      (11)

для болот верхового типа (2-8%)

.                                             (12)

5.8. Коэффициент пористости торфа для природного ненарушенного сложения составляет:

по и торфа верхового типа для болот Среднего Приобья (по данным Л.С.Амаряна)

;                                    (13)

по удельному сопротивлению погружению конуса , кПа, независимо от типа болота:

при 15-20%, 110-360 кПа

;                                                       (14)

при 20-30%, 80-460 кПа

;                                                      (15)

при 30-45%, 60-360 кПа

.                                                      (16)

5.9. Мгновенный модуль общей деформации торфяного основания , кПа, соответствующий приложению на торф мгновенной нагрузки, может быть вычислен через коэффициент пористости по формуле

, .                                            (17)

5.10. Модуль деформации торфяного основания , кПа, имеет тесную связь с и , кПа:

.                                                 (18)

5.11. Сопротивление торфа срезу , кПа, и сопротивление погружению конуса , кПа, торфа природного сложения могут быть вычислены по следующим значениям (по А.Т.Левитину):

при 15-20%, 6,5-16

;                                                      (19)

     
;                                                    (20)

при 20-30%, 5-18

;                                                       (21)

     
;                                                   (22)

при 30-45%, 5,5-16

;                                                     (23)

.                                                   (24)

5.12. Удельное сцепление , кПа, и стабилизированное значение угла внутреннего трения , град., могут быть вычислены через полную влагоемкость , г/г

;                                                       (25)

     
.                                            (26)

Кроме того, удельное сцепление , кПа, может быть вычислено через влажность торфа , %

.                                              (27)

5.13. Сопротивление срезу торфа нарушенной структуры , кПа, имеет тесную связь с , кПа, природного сложения (по Л.С.Амаряну):

для болот низинного типа при от 20 до 60%

;                                                  (28)

для болот верхового типа:

при от 5 до 15%

;                                              (29)

при 20%

.                                              (30)

6.1. Сопротивление торфа горизонтальному поперечному перемещению трубы в общем виде имеет нелинейный характер.

6.2. Для расчетов по существующим методикам и программам в соответствии с "Руководством по расчету с применением ЭВМ подземных трубопроводов с произвольным очертанием оси в горизонтальной плоскости" Р 319-78, М., ВНИИСТ, 1979, зависимости, приведенные в п.6.1 настоящего Руководства, могут быть заменены билинейной диаграммой, параметры которой приведены ниже.