автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Новые технологии в трубопроводном строительстве на основе технической мелиорации грунтов

р V Ь и Й

С! '"*;'; I - На правах рукописи

СПЕКТОР ЮРИЙ ИОСИФОВИЧ

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ТРУБОПРОВОДНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ НА ОСНОВЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ МЕЛИОРАЦИИ ГРУНТОВ

Специальность 05.15.13 -Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

УФА 1996

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете

Научный консультант: доктор технических наук,

профессор Л.Л. Бабин Официальные оппоненты: -доктор технических наук, профессор А.Г. Гумеров доктор технических наук Ю.В. Колотнлов доктор технических наук, профессор А.Л. Коршак Ведущее предприятие: акционерное общество "Уралтранснефтепродукт"

Зашита диссертации состоится 21 июня 1996 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 063.09.02 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан ЦЗ-Я_ 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук,

профессор Р.Н. Бахтизин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проОлехи. Существенной особенностью строительства трубопроводов является разнообразие и изменчивость характеристик местности вдоль трассы, в первую очередь грунтовых, гидрогеологических, гидрологических, климатических, что требует значительного разнообразия конструктивных и технологических решений отдельных объектов трубопроводного транспорта. Нередко эти ответственные сооружения необходимо возводить в сложных природных и в том числе инженерно-геологических условиях, которые считаются малопригодными даже для значительно менее важных объектов. Строительство трубопроводов приходится осуществлять на подрабатываемых территориях, просадочных или набухающих грунтах,в оползневых районах, на болотистых заторфованных отложениях, плывунах и других разновидностях неустойчивых и слабых грунтов.

Кроме того достаточно широки масштабы использования з трубопроводном строительстве грунтов для возведения разнообразных земляных сооружений: засыпок, насыпей, дамб, перемычек, оснований резервуаров, дорожных одекд и т. д. Местные грунты часто оказываются непригодными для непосредственного применения, поэтому существенное значение приобретают возможности улучшения технологических свойств пород.

Разработка теории и методов искусственного улучшения свойств пород в соответствии с запросами различных отраслей строительства и применительно к различным типам пород составляет существо технической мелиорации грунтов - одного из наиболее актуальных разделов инженерной геологии. Методы технической мелиорации практически используются как в качестве самостоятельных мер, так и в

комплексе с инженерно-строительными мероприятиями для целей борьбы с вредными инженерно-геологическими процессами и явлениями и направлены на искусственное улучшение состояния и физико-механических свойств пород и их массивов различными техническими приемами.

В составе магистральных трубопроводов, регламентированном СНиЛ, практически отсутствуют сооружения, надежная и безопасная эксплуатация которых в той или иной степени не определялась бы инженерно-геологическими условиями. Использование достижений технической мелиорации грунтов в трубопроводном строительстве направлено превде всего на повышение эксплуатационной надежности возводимых объектов и к настоящему времени охватывает большинство известных методов улучшения свойств пород.

Существующие технологии стабилизации положения трубопроводов, устройства искусственных оснований, фундаментов, одежд технологических и вдольтрассовых дорог, берегоукреплений в условиях рассредоточенности объектов магистральных трубопроводов и значительного разнообразия грунтовых условий по трассе имеют ряд недостатков: ограниченность области применения, потребность в громоздком оборудовании, значительный объем транспортировки материалов, низкие производительность и физико-механические характеристики укрепленных грунтов, - что существенно сдерживает их использование для нуад трубопроводного строительства.

Цель работы - разработка новых технологий сооружения объектов трубопроводного транспорта, основанных на использовании методов технической мелиорации грунтов, направленных на повышение эффективности строительства.

В работе решет следующие основные задачи:

1. На основании анализа теории и практики использования грунтов с улучшенными свойствами при сооружении объектов трубопроводного транспорта нефти и газа предложены классификации методов технической мелиорации грунтов по области применения в трубопроводном строительстве и конструкций устройств для стабилизации положения трубопроводов, гидротехнических и запдатных сооружений, одежд технологических и вдольтрассовых дорог, термоупрочненных грунтовых свай. Определены основные направления совершенствования технической мелиорации пород.

2. В результате проведенных исследований по изучению условий эксплуатации берегоукреплений в створах подводных трубопроводов, определению характеристик укрепленных грунтов, проверке работоспособности защитных покрытий в натурных условиях разработана технология крепления берегов и устройства противсфильтрациокЕых экранов с использованием обработки грунтов вяжущим веществом ЗМТ. Получены зависимости для расчета интенсивности разрушения и срока службы защитных покрытий.

3. На основе результатов экспериментальных и теоретических исследований по подбору рецептур для комплексного укрепления грунтов зяжугзши и синтетическими материалами и физическими полями, взаимодейстзия трубопроводов с грунтовой засыпкой, по определению характеристик конструктивных слоев дорожных одежд и защитных креплений разработаны технологии стабилизации положения трубопроводов, берегоукрепления, строительства вдольтрассовых и технологических дорог путем комплексного улучшения свойств пород. Получены расчетные зависимости удерживающей способности грунтовой засыпки трубопроводов, осадки и толщины насыпного основания автомобильных дорог, армированных синтетическими материалами.

- б -

4. На базе теоретических и экспериментальных исследований по изучению закономерностей изменения характеристик грунтов в результате обработки СВЧ-полем, процессов тепло- и массопереноса при термоупрочнении грунтовых массивов энергией микроволн, технических решений стационарных и мобильных СВЧ-установок разработаны технологии стабилизации положения трубопроводов, сооружения оснований и фундаментов объектов трубопроводного транспорта. Предложены математическая модель и алгоритм численного решения задачи определения тепловых режимов обработки грунтовых массивов СВЧ-полем при переменных значениях тепло- и электрофизических параметров в зависимости от температуры, влажности и давления. Установлены закономерности управления процессом термообработки грунтов за счет изменения частоты электромагнитного поля, перемещения излучателя вдоль поверхности упрочняемого массива, регулирования выходной мощности генератора, конструкции СВЧ-установки.

5. На основании результатов экспериментальных исследований влияния технической мелиорации грунтов на окружающую среду, термолиза модельных и натурных образцов загрязненных грунтов разработаны рекомендации по безопасному производству работ, получены согласования от органов охраны природы, водных и рыбных ресурсов, санэпидстанции на применение укрепленных грунтов в трубопроводном строительстве, предложен способ термического обезвреживания загрязненных экотоксиканташ грунтовых массивов.

Научная новизна. В диссертации получены следующие новые результаты :

I. Предложены классификации методов технической мелиорации грунтов по области применения в трубопроводном строительстве, устройств для стабилизации положения трубопроводов, берегоукрепле-

еий в створах переходов, одежд технологических и вдольтрассовых дорог, термоупрочненных. грунтовых свай. Показаны основные направлений совершенствования технической мелиорации пород.

2. Установлены расчетные зависимости интенсивности разрушения и срока службы берегозащитных покрытий из укрепленных грунтов, удерживающей способности армированной синтетическим материалом грунтовой засыпки трубопровода, осадки и толщины армированного насыпного основания дороги на подстилающих слабых водонасьщен-ных грунтах.

3. Разработаны математическая модель и алгоритм численного решения задачи определения тепловых режимов обработки грунтовых массивов СВЧ-полем с учетом тепло- и массопереноса при переменных значениях тепло- и электрофизических характеристик грунтов- Показана возможность управления процессом термообработки грунтов.

4. Экспериментально установлены характеристики укрепленных грунтов; удерживающая способность грунтовой засыпки при вертикальных перемещениях модельных труб в зависимости от вида и состоя-ник грунта, конструктивных схем армирования синтетическими 'материалами; закономерности изменения состава, структуры и свойств грунтов при обработке СВЧ-полем. Натурными экспериментами обоснована работоспособность конструкций на основе технической мелиорации грунтов.

5. Разработаны требования к характеристикам и рецептурам укрепления грунтов, рекомендации по производству работ в зависимости от назначения конструкции в трубопроводном строительства.

6. Разработана технология берегоукрепления и устройства про-тивофильтрационнных экранов с использованием обработки грунтов вяжущим веществом ВМТ.

7. Разработаны технологии стабилизации положения трубопроводов, Серегоукрепления, строительства вдольтрассовых и технологических дорог путем комплексного улучшения свойств грунтов.

8. Разработаны технологии стабилизации положения трубопроводов, сооружения оснований и фундаментов объектов трубопроводного транспорта на основе термического укрепления грунтов СВЧ-полем.

9. Разработан способ термического обезвреживания путем обработки СВЧ-полем грунтов, загрязненных экотоксикантами; получены результаты лабораторных экспериментов по термолизу органических загрязнителей, содержащихся в модельных и натурных образцах.

На защиту выносятся теоретические обобщения и практические рекомендации по химическим, физико-химическим и физико-механическим методам технической мелиорации грунтов, а также разработке классификации, методик расчета, конструкций и новых технологий строительства объектов трубопроводного транспорта на основе использования грунтов с искусственно улучшенными свойствами.

Практическая ценность и реализация результатов работ. Научные результаты, полученные в работе, нашли применение при строительстве газопроводов Ямбург-Поволжье, Уренгой-Петровск, Уренгой-Новопсков, Челябинск-Петровск, газопровода-перемычки между газопроводом Челябинск-Петровск и действующими газопроводами ПО "Баштрансгаз", нефтепроводов Пермь-Альметьевск,Ухта-Ярославль, конденсатопровода Оренбург-Уфа. Использование укрепленных грунтов взамен железобетона, камня, щебня, гравия позволшю получить экономический эффект в размере 1038510 рублей в ценах 1984 г. Суммарный фактический экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы составляет 7730 миллионов рублей в ценах на I квартал 1996 г. (по данным Башкирского инвестиционного дома

индекс цен на февраль 1996 г. составляет 7443 к ценам 1984 г. ).

Рекомендации по укреплению грунтов в целях трубопроводного строительства вошли в 9 руководящих документов.

Теоретические и практические результаты работы использованы при подготовке учебного пособия, методических указаний и лекций по курсам "Сооружение трубопроводов" и "Технология металлов и трубопроводно-строительные материалы" для специальности 090700 "Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтеяроводов и газонефтехранилищ".

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались

на:

- Второй всесоюзной конференции "Трубопроводный транспорт нефти и газа" ( г. Уфа, 1982 г. );

- Республиканской конференции "Актуальные проблемы нефти и газа" ( г. Уфа, 1984 г. );

- Третьей всесоюзной конференции "Проблемы трубопроводного транспорта нефти и газа" ( г. Ивано-Франковск, 1585 г. );

- Областной конференции "Применение достижений научно-технического прогресса при обустройстве нефтяных месторождений" ( г. Тюмень, 1988 г. );

- Первой всесоюзной конференции "Экология нефтегазового комплекса" ( г. Надым, 1988 г. );

- Семинаре "Совершенствование технологии и оборудования процессов переработки и транспорта нефти" ( г. Новополоцк, 1989 г. );

- Шестнадцатой конференции молодых ученых геологического факультета МГУ ( г. Москва, 1989 г. );

- Конференции "Проблемы и практика строительства в Тюменской

области" ( г. Тюмень, 1990 г. );

- Шестой всесоюзной конференции "Применение СВЧ-энергии в технологических процессах и научных исследованиях" ( г. Саратов, 1991 г. );

- Девятой дальневосточной конференции "Повышение эффективности конструкций, изготавливаемых с применением мягких оболочек" ( г. Владивосток, 1991 г. );

- Международной конференции "Современные проблемы применения СВЧ-энзргии" ( г. Саратов, 1993 г. );

- Конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" ( г. Москва, 1994 г. ); .

- Одиннадцатой конференции "Проблемы эффективности производства на северных нефтегазодобывающих предприятиях" ( г. Новый Уренгой, 1994 г. );

- Десятой азиатской региональной конференции по механике грунтов и фундаментостроению ( г. Пекин, Китай, 1995 г. );

- Российской конференции "Механика грунтов и фундаменто-строение" ( г. Санкт-Петербург, 1995 г. );

- Конференции "Геоэкология в нефтяной и газовой промышленности" ( г. Москва, 1995 г. );

- Всероссийской конференции "Проблемы нефтегазового комплекса России" ( г. Уфа, 1995 г. ).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 48 работ, в том числе I учебное пособие, 4 обзора,15 авторских свидетельств, I патент.

Структура и объел работы. Работа состоит из введения, шести глав, выводов и списка литературы, включающего 186 наименований. Она содержит 350 страниц машинописного текста, включая 100

рисунков, 50 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности, цель и основные задачи исследований, основные положения, выносимые на защиту, характеристику научной новизны, практической ценности и апробации полученных оезультатов.

Первая глава диссертации посвящена анализу методов технической мелиорации грунтов, используемых в трубопроводном строительстве .

Научные основы строительства объектов трубопроводного транспорта в сложных инженерно-геологических условиях были заложены

трудами отечественных ученых : В.л.Березина, П.П.Всродазкнпа, О.М.Йзанцоза, Л.Г.Телегина, Л.А.Бабина, Л.И.Быкова, А.Г.Гумерсва, А.Б.АЙнСиндера, А.Г.Кямерштейна, К.П.Васильева, С.М.Соколэьа й др., а также зарубежных: С.л.Куяерузйт, Р.Г.Маршалл и др.

Развитию теоретических основ технической мелиорации грунтов способствовали работы М.М.Филатова, С.С.Морозова, В.М.Безрука, Е.М.Сергеева, В.Е.Соколовича и др. Согласно Б.А.Ржаницыну, Л.В. Гончаровой, С.Д.Зороккевичу методы технической мелиорация классифицированы в зависимости от направленности искусственного изменения грунтов, ' типов, инженерно-геологических особенностей и свойств пород.

В результате анализа теории и практики применения грунтов с улучшенными свойствами при сооружена! объектов трубопроводного транспорта нефти и газа автором выделены восемь видов конструкций для трубопроводных систем и предложена классификация методов

технической мелиорации грунтов, в соответствии с которой определены области применения каждого метода для конструкций различного функционального назначения.

На основе изучения современного состояния исследований в области улучшения строительных свойств грунтов определены основные направления совершенствования технической мелиорации пород:

1) Поиск дешевых и недифицитных вяжущих материалов,обеспечивающих заданные свойства укрепленных грунтов. К материалам различных конструкций предъявляются различные требования по прочности, водо- и морозостойкости и т.д., зачастую весьма умеренные, в этих случаях применение дорогостоящих закрепителей не оправдано.

2) Использование вторичных ресурсов в качестве" вяжущих и добавок при укреплении грунтов. Утилизация промышленных отходов наряду со значительным экономическим эффектом обеспечивает оздоровление экологической обстановки.

3) Развитие комплексных методов укрепления, предусматривающих использование сложных рецептур вяжущих материалов, дифференцированный подход к подбору закрепителей в зависимости от назначения конструкций, применение армирующих синтетических материалов и т.д.

4) Расширение области применения физических шлей ( температурного, электрического, магнитного ) на основе последних достижений науки и техники, результатов конверсии оборонной промышленности, что позволяет получать высокопрочные грунтоматериалы.

5) Создание экологически безопасных технологий. Многие методы технической мелиорации пород в той или иной мере наносят ущерб окружающей природной среде, оказывают отрицательное влияние на здоровье работников, выполняющих укрепление грунтов.

Учитывая различие требований, предъявляемых в трубопроводном строительстве к материалам конструкций различного назначения, после соответствующего анализа существующих методов технической мелиорации грунтов основное внимание в работе было уделено трем из них ( рис.1 ).

На основании результатов исследований по изучению условий эксплуатации берегоукреплений в створах подводных трубопроводов сформулированы требования к основным характеристикам материала защитных покрытий, которым, по сравнению с другими химическими методами, наиболее удовлетворяет укрепление грунтов вяжущим веществом ВМТ, позволяя производить работы в широком интервале температур окружающего воздуха, не требуя подогрева и ухода за твердеющим покрытием, обеспечивая минимальные расход и стоимость материалов. Данный метод также эффективно применять для сооружения противофакьтравдонных экранов земляных амбаров, дамб, рассслохра-нилищ, поскольку укрепленные грунты непроницаемы для хранящихся з них продуктов.

В результате анализа применения синтетических материалов при изготовлении устройств для стабилизации положения трубопроводов, гидротехнических и защитных сооружений, дорожззх одежд разработана классификация указанных конструкций. Предложенные сотрудниками ВНШСТа, Гипротюменнефтегаза, ВНИШКтехоргяефтегазстроя методики расчета удерживающей способности грунтовой засыпки трубопровода и деформации дорожной одежды, армированных синтетическими материалами, нуждаются в 'уточнении. В качестве армирующих прослоек предпочтительно применять стеклосетки и резинотканевый корд, для изготовления оболочек и матов - геотекстиль. .

Высокие физико-механические характеристики термоупрочненных

Методы технической мелиорации грунтов

Физико-механические

Физико-химические

Термическое упрочнение СВЧ-полем

Комплексное улучшение свойств внесением вяжущих, армированием и физическими полями

т

Химические

Укрепление нефтяным вяжущим

веществом ВМТ

Фундаменты

Искусственные оснований

Конструкции для стабилизации положения тру_бопроводов

Вдольтрассовые и технологические дороги

Гидротехнические и защитные сооружения

Конструкции для трубопроводного строительства

Рис.1. Направления исследований автора по использованию методов технической мелиорации грунтов в трубопроводном строительстве

грунтов позволяют использовать их з качестве материалов свайных фундаментов, утяжелителей и т. д. Диэлектрический нагрев в СВЧ-поле обеспечивает высокие производительность и качество изделий, автоматизацию работ. В условиях трубопроводного строительства,' для которого характерны рассредоточение объектов, удаленность строительных плоцадок от производственных баз и неразвитость инфраструктуры, эффективным будет применение мобильных СВЧ-уста-новок, позволяющих уменьшить объем привозных строительных материалов. Несмотря на высокую стоимость, СВЧ-техника конкурентоспособна в пищевой, деревообрабатывающей, текстильной, химической, машиностроительной отраслях промышленности. Решения задачи определения тепловых режимов обработки грунтовых массивов СВЧ-полем, полученные Ю.С.Архангельским,Ю.М.Егоровым и другими исследователями без учета изменения влажности грунтов з процессе диэлектрического нагрева, не могут быть использованы а целях трубопроводного строительства.

Во Старой главе рассмотрено химическое укрепление грунтов злкущгае веществом ЗМТ для запздеы берегов в створах полводных-трубопроводов и сооружения проткво^ильтрацЕонзкх экраноз, приведены рекомендации по производству работ, результаты исследований работоспособности конструкций", методики их расчета.

Лабораторные эксперименты, в результате которых определялись характеристики укрепленных грунтов, позволили разработать рекомендации по использованию вяжущего вещества ВМТ для Оерегоукреп-ления и устройства противофильтрационных экранов. Получение прочного и водостойкого материала зависит от ряда факторов, основными из которых являются: вид, состав и влажность исходного грунта; дозировка вяжущего вещества; однородность смеси; уплотнение.

Грунты, содержащие карбонаты кальция, окислы железа и алюминия, лучше смачиваются вянущим веществом, обеспечивая хорошую адгезию. Присутствие солей натрия и хлоридов препятствует взаимодействию частиц грунта с закрепителем. С увеличением содержания глинистых частиц эффективность укрепления повышается, однако для глин имеет место низкая адгезия между частицами, обработанными связующим. Укрепление вяжущим веществом ВМТ суглинков и супесей возможно без регулирования, а песков и глин - с регулированием гранулометрического состава, для глин также рекомендуются добавки извести ( цемента ). Содержащаяся в грунте вода не вступает в химические реакции со связующим, но является важной структурирующей добавкой, отклонение естественной влажности грунта от оптимального значения не должно превышать 4 %.

Укрепленные грунты сохраняют свои свойства в узком диапазоне дозировок закрепителя, получаемая при этом структура материала характеризуется непосредственным контактом агрегатов, заполнением пор и обволакиванием частиц грунта связующим. С учетом требований к характеристикам материала берегоукрепления дозировки вяжущего вещества ВМТ составляют для суглинков 6 - 8 %, супесей 4 - 6 % от массы скелета грунта. Однородность смеси контролируется по внешним признакам: цвету, равномерности распределения компонентов, удобообрабатываемости. Для создания прочной и водостойкой структуры укрепленных грунтов требуется уплотнение давлением 0,4 - 0,6 МПа. Выдержка • вяжуще-грунтовой смеси в течение 4 суток перед уплотнением позволяет увеличить прочность материала на 25 %.

В результате проведенных расчетов прочности и устойчивости, лабораторных и натурных экспериментальных исследований работоспособности конструкций была обоснована возможность использования

вяжущего вещества ВМТ для укрепления берегов з створах подводных трубопроводов и определена область применения защитных покрытий из укрепленных грунтов. Они могут лспользоваться для надводного крепления берегов выше уреза воды в строительный период при высоте волн не более 1,0 м, толщине льда не более 0,75 м, скорости течения или склонового стока не более 0,5 м/с, коэффициенте заложения берегового откоса не менее 3,0.

Обследования опытно-промышленного участка берегоукреплени« на переходе конденсатопровода Оренбург - Уфа через р. Белую за период 1982 - 96 гг. показали следующее. В поверхностном слое покрытия толщиной до 10 см характеристики укрепленных грунтов претерпевают сезонные циклические изменения, увеличиваясь летом, снижаясь осенью и весной. Имеет место тенденция длительного упрочнения материала - за 13 лет прочность при скатил крепленных грунтоз увеличилась на 60 - 30 %, плотность на 3 - 4 %, сцепление на 10 %. Интенсивность разрушения поверхностного слоя покрытия составила 3 т/год, износ крепления обусловлен размывом при накате волн и старением укрепленных грунтов под действием солнечной радиации, кислорода и воды.

Исследование интенсивности разрушения моделей покрытий при накате на отксс волн выполнялось с помощьз специально созданной лабораторной установки. В результате выполненных моделирования, планирования и обработки экспериментов получены формулы для расчета интенсивности размыва защитных покрытий из укрепленных грунтов.

I =( 3 + ¿0 V - 2 пц- 50 с - 600 V с ) • Ю~10; ( I )

р <Л

I =( 51-3 та- 670 с ) V ■ Ю-10, ( 2 )

где I - интенсивность размыва защитного покрытия, м/с;

у - средняя скорость движения волн в водоеме на участке подводного перехода, м/с; та - коэффициент заложения берегового откоса; с - сцепление укрепленных грунтов, МПа.

' Если 0,75 м/с < V ^ 2,60 м/с, то используется формула ( I ); при V < 0,75 м/с - формула ( 2 ). Полученное значение интенсивности размыва может быть использовано для прогнозирования срока службы берегоукрепления.

Предложена методика расчета защитных покрытий берегов в створах подводных трубопроводов и противофильтрационных экранов, разработанная с учетом положений действующих нормативных документов, приведены примеры расчетов.

В третьей главе содержатся результаты экспериментальных и теоретических исследований по укреплению грунтов на основе комплексного использования синтетических и вяжущих материалов в целях стабилизации положения трубопроводов, сооружения вдольтрассовых и технологических дорог, берегоукрепления.

Комплексное укрепление грунтов внесением вяжущих веществ, армированием синтетическими материалами и воздействием физическими полями позволяет расширить область применения технической мелиорации в трубопроводном строительстве за счет получения материалов с высокими характеристиками и обеспечения возможности укрепления наряду с глинистыми также песчаных грунтов. При этом основное внимание уделялось использованию в качестве связующих отходов различных производств. Предложенные рецептуры позволяют довести прочность укрепленных грунтов до величин, характерных для таких строительных материалов, как бетон.

Исследования взаимодействия с грунтом засыпки моделей труб

при их вертикальных перемещениях выполнялись на лабораторной установке, при этом варьировались вид и состояние грунта, диаметр труб, конструктивные схемы засыпки. Удерживающая способность грунта засыпки при его уплотнении увеличивается на 25 %, использование мерзлого грунта приводит к снижению указанного показателя на 74 %, армирование синтетическими материалами позволяет увеличить его на 21 - 47 %, что согласуется с результатами натурных экспериментов, выполненных Восточным филиалом ВШИСТа для труб диаметром 1420 мм. Применение стеклосетки по сравнению с геотекстилем позволяет сократить расход синтетических материалов. Можно констатировать, что на обводненных и с прогнозируемым обводнением участках трассы, где отсутствуют углы поворота в вертикальной плоскости и вода в траншее на период укладки, .засыпка глинистыми и песчаными грунтами без армирования ( кроме засыпки мерзлым грунтом ) обеспечивает устойчивость положения трубопровода, что подтверждается данными натурных экспериментов, выполненных В.А.Ильиным. В случаях засылки мерзлым грунтом, наличия вертикальных углов поворота, возможности потери устойчивости трубопроводом в продольном направлении рекомендуется комплекс мероприятий: армирование засыпки синтетическими материалами, обработка вяжущими веществами, уплотнение. При наличии в траншее воды на период укладки трубопровода необходимо использование утяжелителей, для этого случая предложены вяжуще-грунтовые пригрузы ( ВГП ), эффективность которых доказывается результатами лабораторных и натурных экспериментов. Возможно также, уложив трубопровод на дно траншеи путем заполнения его водой, производить засыпку грунтом улучшенного гранулометрического состава.

Для креплений берегов в створах подводных трубопроводов

наряду с защитным покрытием монолитной неармированной плитой, рассмотренным во второй главе, рекомендованы конструкции, армированные автопокрышками и етеклосетками, обеспечивающими, повышенную устойчивость покрытия к внешним нагрузкам, а также покрытие из геотекстильных оболочек с заполнением укрепленными грунтами, позволяющее_укреплять подводные откосы. В результате проведенных лабораторных и натурных экспериментальных исследований определены области применения указанных конструкций.

Основной характеристикой материалов дорожных одевд является модуль упругости. Для обеспечения необходимых значений данного показателя в условиях вдольтрассовых и технологических дорог рекомендуется состав вяжуще-грунтовой смеси в массовых долях: 2/3 глинистого грунта и 1/3 гравия; дозировка вяжущего вещества ВМТ -4 - 8 % от массы скелета глинистого грунта. Проведенными лабораторными экспериментами определено влияние толщины насыпного основания, глубины заложения и размера ячейки армирующей прослойки на осадку и модуль упругости моделей оснований дорог. При подстилающих песчаных и глинистых грунтах, имеющих прочность на сдвиг не менее 75 кПа и модуль деформации не менее 5 МПа, армирующую прослойку следует располагать на границе между насыпным основанием и вышележащим слоем дорожной одежды, шаг между центрами полос прослойки рекомендуется 0,4 м. При подстилающих слабых водона-сыщенных грунтах располагать армирующую прослойку необходимо на границе между подстилающим грунтом и насыпным основанием, шаг между центрами полос - 0,3 м. Предложены конструкции одежд для автомобильных дорог Ш, ГУ и У категорий в нормальных условиях и на слабых водонасыщенных грунтах. Работоспособность рекомендованных решений подтверждена результатами обследований опытно-

промышленного участка автодороги Бузовьязы - Плодосовхоз.

Величину удерживающей способности грунтовой засыпки, армированной синтетическими материалами, можно представить как сумму составляющей от веса грунта, выражение для определения которой предложено А.Б.АЯнбиндером, и составляющей от сил трения армирующей прослойки по грунту. В работе получена следующая зависимость = ТаБ ^ ^гр" С Е ( 0Я + )2 - 0,5 5 ^ +

+ Ь ( Ь0 + 0,5 Бн ) ] г сгр ; 2 Гн + 2 й0 + Ь ), ( 3 )

гДе % - составляющая удерживающей способности засыпки трубопровода от сил трения армирующей прослойки по грунту, Н/м; 7 - удельный вес грунта засыпки с учетом взвешивающего действия воды, Н/м3; Ф - угол внутреннего трения грунта засыпки, град; ? - коэффициент бокового давления грунта засыпки; О - наружная диаметр трубопровода, м; 1: - расстояние от верха засыпки до оси трубы, м; Р - киринз траншей по дну, м; с - сцепление грунта засыпки, Па.

Установлена адекватность уравнения (3) результатам проведенных экспериментов. Предложена зависимость расчетной удерживающей способности грунтовой, в том числе укрепленной вяжущими веществами, засыпки с армированием синтетическими материалами, которая предназначена для расчетов устойчивости положения трубопроводов на обводненных участках трассы и общей устойчивости трубопроводов в продольном направлении.

Определены области применения отдельных схем засыпки трубопроводов диаметром Бн = 0,53 - 1,42 м песчаными и глинистыми грунтами ( за исключением засыпки мерзлым грунтом ):

- без армирования

%ерт < 12'9 °н " 1'85'"

- с армированием синтетическими материалами

Чверт * 23»8 Вн " °'62' гДе Чверт ~ расчетная нагрузка на трубопровод, действующая вертикально вверх, за вычетом расчетной нагрузки от собственного веса трубопровода, кН/м.

При проектировании вдольтрассовых и технологических дорог в условиях ' подстилающих слабых водонасыщенных грунтов необходимо выполнять расчеты дорожных одежд по деформациям. В работе получена формула для определения деформации насыпного основания, армированного прослойками из полос резинотканевого корда.

0,265 а^3

а

Л™ ( 0т + 2 )*/3

гр Гф Пр Пр 4 Ш Т£ ° ТГр

( 4 )

где э - осадка основания дороги, м ; рш - давление штампа, Па; Бш - диаметр штампа, м; а^ - шаг между центрами полос прослойки, м; ^р - расчетное сопротивление подстилающих слабых грунтов, Па;

Епр ~ М°ДУЛЬ упругости прослойки, Па; 1; - толщина прослойки, м; Ь^ - ширина прослойки, м;

- толщина насыпного основания, м. При проверке адекватности уравнения ( 4 ) результатам экспериментов установлено, что данная зависимость справедлива при апр < основе формулы ( 4 ) предложено выражение для одре-

деления минимальной толщины насыпного основания автомобильных дорог.

Содержатся методики расчета прочности и устойчивости устройств для стабилизации положения трубопроводов, берегоукрепительных покрытий и дорожных одежд, конструкции которых разработаны на основе комплексного улучшения свойств грунтов; приведены примеры расчетов.

5 чеъверпсй. главе исследовано термическое укрепление грунтов посредством их обработки СВЧ-полем в целях трубопроводного строительства.

Нагрев в СВЧ-поле вызывает фазовые переходы компонентов грунта, каждому температурному интервалу соответствуют характерные процессы: до 200 °С - частичная дегидратация ( зона сушки );

20С - 600 °С - потеря адсорбшгояко-сзязанной, кристадлогидратной и гидроксильной волы ( зона прогрева :; 600 - 1000 Сс - зкор&яза-цпл глинистых минералов, диссоциация карбонатов, образование новых минералов ( зона обжига ); свше 1000 °с - расплав, остек-лоБание ( зона плавления ). Процесс термообработки сопровождаемся возрастанием содержания кварца, уменьшением содержания гяши-стнх минералов, образованием олявгагз, псездомуллптЕ, фаялзга, кремнеземистой шпинели. Новые минералы ооразуют прочную и водостойкую структуру, для разрушения образовавшихся фазовых контактов которой нужны температуры порядка 2000 °С. В результате диссоциации карбонатов среда из кислой становится щелочной.

Нагрев грунтов до 500 °С приводит к увеличению пористости и диаметра пор, снижению плотности, дальнейшее увеличение температуры до 1000 °С сопровождается уменьшением пористости и диаметра пор, плотность возрастает по сравнению с исходной.

Изменение минерального состава и структуры грунтов при обработке СВЧ-полем приводит к существенному возрастанию прочностных характеристик грунтоматериалов, приданию им водо- и морозостойкости. По сравнению с исходным состоянием термообработка глины при температуре 600 °С обеспечивает увеличение прочности при сжатии в 12,9 раза, при 1000 °с - в 48 раз,аналогично возрастают прочность при изгибе, сцепление, коэффициенты водо- и морозостойкости. В результате термообработки глинистые грунты теряют склонность к набуханию и пучению, лессы приобретают водостойкость и непросадо-чность.

Существенное влияние на эффективность термического упрочнения оказывают исходные свойства грунтов. Увеличение содержания частиц глинистой фракции, минералов группы монтмориллонита, сме-шано-слойных гидрослюдистомонтмориллонитовых, железа, щелочей и щелочноземельных элементов, степени агрегированности тонкодисперсных частиц обеспечивают увеличение прочностных характеристик грунтоматериала. Высокое содержание карбонатов, отклонение влажности грунтов от оптимальных значений приводят к ухудшению свойств тёрмоупрочненных пород.

В соответствии с определенными характеристиками укрепленных грунтов можно рекомендовать при изготовлении грунтовых блоков температуру обжига 950 - 1100 °С, при изготовлении термически упрочненных грунтовых свай ( ТУГС ) и фундаментов - 800 - 1100 °С, при борьбе с морозным пучением и просадочностью оснований - 300 -800 °С. Для изготовления конструкций из термоупрочненных грунтоматериалов следует предусматривать использование глин и суглинков, ' а для устройства искусственных оснований, кроме указанных грунтов, также лессов. Использование супесей и песков возможно

при комплексном укреплении вяжущими веществами и полем высоких температур в соответствии с рецептурами, предложенными в третьей

главе.

На основе анализа диэлектрических свойств различных видов грунтов установлено, что скорость нагрева в СВЧ-поле выже для глин и последовательно снижается у суглинков, лессов, а самая низкая для супесей и песков; глубина прогрева имеет обратную тенденцию, т.е. выше для песков и ниже у глин. Pia стадии сущich при значительной влажности грунта идет интенсивный нагрев его поверхности, затем по мере испарения влаги глубина прогрева увеличивается, скорость нагрева снижается и процесс обжига сопровождается достаточно»равномерным распределением температур.

С целью прогнозирования температурных распределений, продолжительности термообработки и энергозатрат разработан алгоритм моделирования теплового воздействия СЗЧ- поля на грунтовые массивы. Процесс термообработки разделен на три этапа: прогрев,когда все подводимое тепло затрачивается на увеличение температуры грунта; сушка, все подводимое тепло затрачивается на испарение содержащейся в грунте влаги; обжиг, все подводимое тепло затрачивается на нагрев грунта. Тепловыделение по мере удаления от поверхности грунтового массива углеяьшавтся, согласно закону Фурье наличие градиента температур обуславливает процесс молекулярного переноса теплоты. Испарение влаги также происходит неравномерно, наличие градиента давлений парогазовой смеси в порах грунта обуславливает процесс молярного переноса пара, зависимость для плотности потока пара предложена А.В.Лыковым.

В случае термообработки грунта через стенку цилиндрической скважины массив, разбивается на цилиндрические слои, в случае тер-

мообработки грунтовых блоков в тоннельной печи - на элементы кубической формы. Расчет ведут, исходя из балансов количеств тепла и пара для каждого слоя (элемента). Уравнение теплового баланса учитывает теплообмен между соседними слоями (элементами), тепловыделение в результате поглощения энергии СВЧ-поля, затраты тепла на нагрев грунта и испарение влаги. Уравнение массопереноса'учитывает миграцию пара между соседними слоями (элементами) и испарение влаги. Численное решение задачи можно получить, используя метод конечных разностей. Значения тепло- и электрофизических характеристик грунтов в узлах сетки принимались переменными в зависимости от температуры, влажности, давления парогазовой смеси. Тепло- и массообмен на границах описывался условиями третьего и первого рода. На каждом шаге по времени вычислялись температура, влажность и давление парогазовой смеси для каждого слоя (элемента).

Данный алгоритм реализован на IBM совместимых компьютерах на языке PASCAL. Разработанная программа позволяет выполнять расчеты тепловых режимов обработки грунтовых массивов СВЧ-полем с учетом изменения влажности грунтов в процессе диэлектрического нагрева, а также учесть изменения тепло- и электрофизических характеристик грунтов в зависимости от их температуры, влажности, давления в порах. Кроме того, программа позволяет управлять процессом термоупрочнения грунтов за счет изменения параметров СВЧ-сбработки.

На этапе сушки происходит постепенное испарение содержащейся в грунте влаги, давление парогазовой смеси в порах значительно возрастает, достигая при непрерывном воздействии излучения величин 1,0 - 6,0 МПа в зависимости от расстояния до поверхности массива, т.к. в условиях низкой газопроницаемости глинистых грунтов

скорости переноса пара значительно уступают скоростям нарастания давления. Значительные по величине давления парогазовой смеси в порах могут привести к образованию множества трещин в термоупроч-ненном грунтовом массиве, что существенно ухудшит его свойства. Наиболее предпочтительным способом уменьшения давления является использование возвратно-поступательного перемещения излучателя вдоль оси скважины ( поверхности грунтового блока ),что позволяет ограничить давление парогазовой смеси некоторой заданной величиной, гарантирующей от образования трещин. Дополнительным преимуществом данного способа термообработки является увеличение толщины слоя термоупрочненных грунтов.

Толщину термоупрочненного слоя можно регулировать путем изменения частоты электромагнитного излучения, с уменьшением частоты толщина возрастает.- Как показали расчеты, при обработке СВЧ-излучением частотой 915 МГц грунтовых блоков с одной стороны их толщина не может превышать 0,2 м. Термообработка с двух сторон з двух тоннельных печах двумя системами излучателей позволяет увеличить толщину блоков до 1,4 м. Продолжительность обработки грунтов СБЧ-полбм определяется выходной мощностью генератора и влажностью грунта. Энергозатраты на тэрмоуттрочнение массива через стенку сквамдны составляют 3118 - 4212 МДж/м°, на обработку грунтовых блоков в тоннельных печах - 2012 - 2513 МДж/м3, при этом непроизводительные затраты энергии составляют 23 %. По сравнению с упрочнением за счет сжигания топлива метод термообработки грунтов СВЧ-полем обеспечивает увеличение производительности, обладает высоким КПД.

Сравнение полученных автором результатов численного моделирования процесса термообработки грунтовых блоков СВЧ-установкой

мощностью 50 кВт и частотой излучения 915 МГЦ с данными экспериментов, выполненных сотрудниками геологического факультета МГУ под руководством Л.В.Гончаровой, показывает, что расхождение температур укладывается в диапазоне 50 °С, продолжительности нагрева отличаются на 5 - 6 %; проверка адекватности выполняется.

На основании результатов расчетов тепловых режимов обработки грунтов СВЧ-полем задавались параметры стационарных и мобильных установок, предназначенных для получения различных конструкций из термоупрочненных грунтов. В основу стационарных СВЧ-уста-новок положено техническое решение, защищенное авторским свидетельством СССР J£ 1807587. Разработанное оборудование позволяет изготовлять термоупрочненные грунтовые блоки и производить укрепление грунтовых массивов на месте их залегания. В соответствии с возможностями СВЧ-установок предлагаются конструкции утяжелителей и анкерных устройств для стабилизации положения трубопроводов, свай ТУГС, оснований и фундаментов резервуаров, зданий и сооружений других объектов трубопроводного транспорта, содержатся их основные характеристики и методики расчета. Расчетная несущая способность свай ТУГС может достигать до 590 - 1168 кН.

В пятой главе приведены основные характеристики разработанных технологий, рекомендации по строительству объектов трубопроводного транспорта на основе технической мелиорации грунтов, результаты внедрения.

В работе предложены следующие новые технологии строительства объектов трубопроводного транспорта, разработанные в результате теоретических и экспериментальных исследований ( рис.2 ). На основе химического метода мелиорации грунтов - новая технология крепления берегов в створах подводных трубопроводов и устройства

Клиновидными

Охватывающими

Из термоуп-рочненных грунтов

| Анкерными ! плитами

I Сваями I ТУГС

Е з = О

~ п 2 ~

_ 2 - о ■

I £ "

о 2 = и >

Покрытиями монолитными неармированными плитами

Покрьггиями, армирован 1 ними стеклосетками

Покрытиями, армирован-иыми автопокрышками

| Покрытиями гсотекс-

! Iильными оболочками.

| заполненными гкрел-

| ленными гр\ .чтами

ел

я

р-Я

О

О ■а

Ш. ГУ

категории

У категории

| Врсмьпьые

Сваи ТУГС

О

Н ? Сз

X * п "О

V;

х .г г

= Зё

т ° Т

111. 1У категории

При подсти лающих еда бых водона-сыщенных грунтах

У категории

-1-----

I Одиночных фундаментов

Ленточных фундаментов

Оснований из термо-упрочненных грунтов

о ~ о =

25

л О

<Ч> 15

8 5

■2 ° чЗ ш О г

О

О о

— о

ж

3"~<

противофильтрационных экранов, обеспечивающая по сравнению с известными сокращение затрат на 73-87 %, трудоемкости на 90 - 95 %, объема транспортных операций на 95 - 98 %. На основе комплексного метода улучшения свойств грунтов - новые технологии стабилизации положения трубопроводов, берегоукрепления, сооружения вдольтрас-совых и технологических дорог, обеспечивающие по сравнению с известными сокращение затрат на 17 - 77 %, объема транспортных операций на 33 - 98 %. На основе метода термического упрочнения грунтов СВЧ-полем - новые технологии стабилизации положения трубопроводов, сооружения искусственных оснований и фундаментов, обеспечивающие по сравнению с известными сокращение объема транспортных операций на 23 - 71 %.

Определены основные технико-экономические характеристики и области применения грунтовых засыпок, утяжелителей и анкерных устройств для стабилизации положения трубопроводов, берегоукреп-лений в створах подводных трубопроводов, одежд вдольтрассовых и технологических дорог, оснований и фундаментов резервуаров. В целях сравнения наряду с конструкциями на основе технической мелиорации грунтов содержатся сведения об известных решениях с применением железобетона, стали, камня и других материалов.

Разработаны схемы производства и организации работ по балла' стировке и закреплению трубопроводов вяжуще-грунтовыми пригруза-ми, утяжелителями и анкерными устройствами с применением термо-упрочненных грунтов; по защите берегов покрытиями из укрепленных грунтов без армирования, с армированием стеклосетками и автопокрышками, из геотекстильных оболочек с заполнением укрепленными грунтами;по устройству дорожных одевд с использованием армирующих прослоек из синтетических материалов и укрепленных грунтов; соо-

ружению термически упрочненных грунтовых свай и оснований из тер-моупрочненных грунтов.

Существующая классификация берегоукреплений по конструкции, разработанная О.Б.Шадриным, не позволяет с достаточным обоснованием выбирать технические и проектные решения защиты берегов для конкретных условий в створах подводных трубопроводов. Предлагается классификация берегоукреплений ( рис.3 ), в которой выбор конструктивного решения определяется приведенным! затратами, вероятностью отказов, трудоемкостью, массой привозных материалов.

Рекомендации по укреплению грунтов в целях трубопроводного строительства, сформулированные на основании результатов проведенных исследований, вошли в следующие руководящие документы:

1. Временная инструкция. Учет удерживающей способности грунтов нарушенной структуры при прокладке стальных трубопроводов на обводненных участках / ВП 102-2-83 / Миннефтегазстрой, Мингаз-прсм, Минкефтепром. - М.: ЗНИМСТ, 1939. - 13 с.

2. Методическое руководства по учету удерживающей способности грунтовой засыпки с включениями щебня и гравия для обеспечения проектного положения трубопроводов ( в развитие ВИ 102-2-88 ) / Уралтрубопроводстрой. - Уфа, 1989. - 13 с.

3. Временные технические условия на конструкцию, изготовление и поставку балластирующих устройств типа ВГП / Уралтрубопроводстрой. - Уфа, '1989. - 10 с.

4. Руководство по берегоукрепленшо в створах подводных трубопроводов с использованием закрепленных грунтов / Главвостоктру-бопроводстрой. - Уфа: УНИ, 1985. - 49 с.

5. Технологическая карта на производство работ по берегоук-реплению в створах подводных трубопроводов с использованием

Рис. 3. Классификация берегоукреплений

V = 100 V: П,- приведенные затраты, руб./м2; •

V - вероятность отказов; Ут - удельная трудоемкость, чел.-ч/ м2; Мп - потребность в привозных материалах, кг/м".

закрепленных грунтов / Главвостоктрубопроводстрой. - Уфа: УНИ, 1986. - 17 с.

6. Методика расчета берегоукрепительных покрытий в створах подводных трубопроводов, выполненных с использованием методов технической мелиорации грунтов / Главвостоктрубопроводстрой. -Уфа: УНИ, 1986. - 24 с.

7. Рекомендации по закреплению размываемых участков нефтепроводов на переходах через малые реки и водотоки / ПО "Урало-Сибирские магистральные нефтепроводы". - Уфа, 1992. - 24 с.

8. Рекомендации по ремонту размытых участков нефтепровода Ухта-Ярославль / АОЗТ "Северные магистральные нефтепроводы". -Уфа, 1995. - 37 с.

9. Руководство по устройству термоупрочненных грунтовых свай с использованием СЗЧ-энергии / АФ "УралтрубопроводстроЙ". - Уфа, 1991. - 46 с.

Разработанные технологии внедрены в акционерных обществах фирме "УралтрубопроводстроЙ" и "Северные магистральные нефтепроводы", СУЗР - 4 треста "Еостокнефтепроводстрой", товариществе "Технотрон". Технология берегоукрепления в створах подводных трубопроводов принята межведомственной комиссией, акт испытаний утвержден Миннефтегазстроем и Мингазпромсм. Технология сооружения дорожных одежд на автодорогах Ш, ГУ категорий принята объединением "Башкиравтодор".

Шестая глава посвящена исследованиям воздействий технической мелиорации грунтов на окружающую среду.

Существующие методы укрепления грунтов з той или иной мере загрязняют окружающую среду, однако это загрязнение носит локальный характер, ограничиваясь массивом упрочненной породы. Вместе с

тем предложенные технологии на основе технической мелиорации грунтов находятся в тесной взаимосвязи с природоохранными мероприятиями при строительстве трубопроводов - берегоукрепление, устройство противофильтрационных экранов, строительство вдоль-трассовых дорог, утилизация промышленных отходов при комплексном укреплении грунтов способствуют улучшению экологической обстановки.

На основании результатов исследований возможного негативного влияния технической мелиорации грунтов на качество поверхностных вод, растительные и животные организмы, здоровье людей выработаны рекомендации по охране окружающей среды и технике безопасности при производстве работ, установлены предельно допустимые концентрации вяжущего вещества ВМТ в воде рыбохозяйствен-ных водоемов, токсичность и фитотоксичность. Применение укрепленных грунтов при строительстве автомобильных дорог, берегоук-реплении и балластировке трубопроводов разрешено органами охраны природы, охраны водных и рыбных ресурсов, санитарного надзора.

Утечки нефти и нефтепродуктов, продукции и отходов химических производств приводят к загрязнению прилегающих грунтовых массивов. Существующие способы их очистки, такие как рекультивация, огневое обезвреживание и т.д., не эффективны вследствие высоких затрат на перемещение загрязненных грунтов. В работе предложен способ термического обезвреживания загрязненных экотоксикантами грунтовых массивов на месте их залегания, который предусматривает первоначальный нагрев загрязненных пород до температур 500 - 1100 °С посредством обработки СВЧ-полем и последующую выдержку при данных температурах, что сопровождается термическим разложением органических загрязнителей. Использование мобильных СВЧ-установок

позволяет выполнять обезвреживание массивов на глубину до 5 м. Экспериментальные исследования термического распада загрязнителей грунтов на модельных, загрязненных О-хлорфенолятом натрия, и натурных, отобранных с территории промышленных предприятий, образцах показали, что повышение температуры нагрева с 500 до 1100 °С приводит к увеличению конверсии органической части загрязнителя с 92,4 до 99,2 %, а выдержка образцов в течение свыше 50 с при 1100 °С позволяет добиться полного разложения органических загрязнителей; в процессе термолиза образуются диоксид углерода, кокс, возможно образование хлористого водорода, поэтому мобильная СВЧ-установка должна дополнительно оснащаться узлом поглощения кислых газов и дожита газообразных органических примесей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основании анализа теории и практики применения грунтов с искусственно улучшенными свойствами и результатов проведенных собственных экспериментальных исследований показано, что физико-механические свойства укрепленных грунтов составляют: прочность при сжатии 0,2 - 30,0 МПа, коэффициент водоустойчивости 0,36 -0,97, коэффициент морозостойкости 0,330 - 0,996 , прочность при изгибе 0,18 - 5,42 МПа, сцепление 21 - 265 кПа, - это позволило использовать их в трубопроводном строительстве для конструкций различного функционального назначения согласно разработанной в диссертации классификации методов технической мелиорации грунтов.

2. В результате теоретических и экспериментальных исследований определены зависимости толщины защитных покрытий из укрепленных грунтов в створах подводных трубопроводов от влияния различ-

ных факторов: волновых и ледовых нагрузок, характеристик укрепленных грунтов. Доказано, что при толщине покрытия 0,3 м срок его службы составляет- не менее 30 лет. Установлена тенденция общего улучшения во времени свойств грунтов, укрепленных вяжущим веществом ВМТ: за 13 лет прочность при сжатии увеличилась на 60 - 80 %, плотность - на 3 - 4 %, сцепление на 10 Ж. Предложены классификация защитных покрытий в створах подводных трубопроводов и новая технология крепления берегов и устройства противофильтрационных экранов, обеспечивающая по сравнению с известными сокращение затрат на 73 - 87 %, трудоемкости на 90 - 95 %, объема транспортных операций на 95 -'98 %.

3. Экспериментальными и теоретическими исследованиями определены зависимости увеличения физико-механических параметров грунтов при комплексном упрочнении вяжущими и синтетическими материалами и физическими полями, по добраны рецептуры для комплексного укрепления, при этом прочность повышается в 4,3 - 48,0 раз, удерживающая способность засыпки труб при их вертикальных перемещениях - на 21 - 60 %, модуль упругости - на 40 - 45 %, интенсив-вность разрушения защитных покрытий снижается в 6,7 - 14,0 раз. Получены расчетные зависимости удерживающей способности грунтовой засыпки трубопровода, осадки и толпданы насыпного основания автомобильной дороги, армированных синтетическими материалами. Разработаны новые технологии стабилизации положения трубопроводов, бе-регоукрепления, строительства вдольтрассовых и технологических дорог, обеспечивающие по сравнению с известными сокращение затрат на 17 - 77 %, объема транспортных операций на 33 - 98 %.

4. Теоретическими и экспериментальными исследованиями изучены закономерности изменения состава, структуры и свойств грунтов

в результате воздействия СВЧ-поля, установлено влияние дисперсности, агрегированности, химико-минерального состава исходного грунта на эффективность термоупрочнения. Показано, что при изготовлении термически упрочненных грунтовых блоков температура нагрева должна составлять 95Q - 1100 °С, свай и фундаментов -800 - 1100 °С, искусственных оснований - 300 - 800 °С, при этом расчетная несущая способность сваи может составлять до 590 -1158 кК. Предлокены глзтемангсеская модель я алгоритм численного решения задачи определения тепловых режимов обработки грунтов СВЧ-полем при переменных значениях тепло- и электрофизических параметров в зависимости от температуры, влажности и давления. Установлены закономерности управления процессом термообработки грунтов за счет изменения параметров СВЧ-установки. Впервые предложено использование в трубопроводном строительстве метода обработки грунтов СВЧ-полем для устройства термически упрочненных грунтовых свай, на основе чего разработаны новые технологии стабилизации положения трубопроводов, сооружения оснований и фундаментов, обеспечивающие по сравнению с известными сокращение объема транспортных операций на 23 - 71 %.

5. Экспериментальными исследованиями изучено влияние технической мелиорации грунтов на окружающую среду к разработаны рекомендации по безопасному производству работ. Применение укрепленных грунтов в трубопроводном строительстве разрешено органами охраны природы, охраны водных и рыбных ресурсов, санитарного надзора. Предложен новый способ обезвреживания загрязненных эка-токсикантами грунтовых массивов, предусматривающий их нагрев до 500 - 1100 °С посредством обработки СВЧ-полем и последующую выдержку при данных температурах. Экспериментальными исследованиями

установлено, что повышение температуры нагрева с 500 до 1100 °С приводит к увеличению конверсии органической части загрязнителя с 92,4 до 99,2 %, а выдержка в течение свыше 50 с при 1100 °С обеспечивает полное разложение органических загрязнителей.

6.Результаты выполненных* исследований' использованы при разработке девяти руководящих документов и внедрены в акционерных обществах фирме "Уралтрубопроводстрой" и "Северные магистральные нефтепроводы", СУЗР - 4 треста "Востокнефтепроводстрой", товариществе "Технотрон", фактический экономический эффект составляет 7730 миллионов рублей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Бабин Л.А., Спектор Ю.И., Рафиков С.К. Сооружение магистральных трубопроводов. Охрана окружающей среды: Учебное пособие. - Уфа : Изд-во Уфим. нефт. ин-та, 1993. - 82 с.

2. Спектор Ю.И., Бабин Л.А. Берегоукрепление в створах подводных трубопроводов с использованием закрепленных грунтов // Строительство магистральных трубопроводов. - 1988.- Вып. 3.- 38с.

3. Использование нефтяных вяжущих веществ для грунтов в трубопроводном строительстве / Гимаев Р.Н., Бабин Л.А., Ведерникова Т.Г., Спектор Ю.И., Ильин В.А. - М., 1990. - 74 с. - Деп. в ИМЦ ВНИИПКтехоргнефтегазстроя 05.06.90, ^ 72.

4. Спектор Ю.И. Повышение устойчивости подземных газопроводов методами искусственного улучшения свойств грунтов // Транспорт и подземное хранение газа. - 1995. - 28с.

5. Спектор Ю.И., Денисов О.Л. Новая технология возведения оснований и фундаментов объектов газовой и нефтяной промышленности // Транспорт и подземное хранение газа. - 1995. - 36 с.

6. Бабин I.А., Спектор Ю.И., Смирнов Ю.Ю- Экспериментальные исследования термического закрепления грунтов на лабораторной установке С-ВЧ-энергии "Электроника КИЭ - I": Методические указания.

- Уфа: Изд-во Уфим.нефт. ин-та, 1991. - 13 с.

7. Спектор Ю.М., Бабин Л.А., Садретдинов S.3. Эффективный спосоо Серегоукрепления при прокладке подводных трубопроводов // Строительство трубопроводов. - 1983.- № 5.- С. 43-44.

3. СпекторЮ.И., Бабин Л. А. Применение вянущего ВМТ-Л для берегоукрепительных работ при строительстве подводных трубопроводов // Линейное трубопроводное строительство. - 1984. - je 9.- С. 19 - 23.

9. Спектор Ю.И., Бабин Л.А. Требования к основным физико-механическим характеристикам закрепленных грунтов, применяемых

для берегсукрепления в створах подводных трубопроводов /У Сб. науч. тр. / BfflffiCEI нефть. - 1964. - Вопросы технической эксплуатации магистральных нефтепроводов. - С. 89-93.

10. Спектор Ю.И., Бабин Л.А., Елизарьев Е.Г. Берегоукрепительные работы с применением закрепленного грунта // Линейное трубопроводное строительство. - 1985. - Л 9. - С. 20-22.

11. Спектор Ю.И. Определение вероятности отказа берегоукреплений в створах подводных, трубопроводов //' Линейное трубопроводное строительство. - 1986. -ИЗ. - С. 8-10.

12. Спектор Ю.М., Бабин I.A. Классификация берегоукреплений в створах подводных трубопроводов // Строительство трубопроводов.

- 1986. - » 6. - С. 32.

13. Спектор Ю.М. Исследование долговечности берегоукреплений из закрепленных грунтов // Нефтепромысловое строительство.- 1987.

- № 6. - С. 15 - 16.

14. Балластировка трубопроводов непрерывным слоем закрепленного грунта / Ахметов Ф.Ш., Спектор Ю.И., Быков Л.И., Григоренко П.Н. // Линейное трубопроводное строительство.- 1987. - Ji 9. - С. 8 - 10.

15. Елизарьев Е.Г., Спектор Ю.И. Балластировка трубопроводов минеральным грунтом // Строительство магистральных трубопроводов. - 1988. - Ä 21. - С. 8 - 10.

16. Долгодворов А.Н., Быков Л.И., Спектор Ю.И. Расчет дорожного покрытия из закрепленного грунта // Строительство нефтегазо-промысловых объектов. - 1988. - .№ 22. - С. 8-10.

17. Смирнов Ю.Ю., Спектор Ю.И. Комбинированное берегоукреп-ление в створах подводных трубопроводов // Строительство магистральных трубопроводов. - 1988. -№24. -С. 1-3.

18. Спектор Ю.И., Елизарьев Е.Г. Экспериментальные исследования балластировки трубопроводов грунтом и синтетическими материалами // Транспорт и хранение нефти.- 1988. - £ II.- С. 7 - 10.

19. Смирнов Ю.Ю., Спектор Ю.И. Экспериментальные исследования по закреплению грунтов СВЧ-энергией для целей трубопроводного строительства // Материалы XYI научной конференции молодых ученых геологического факультета МГУ. - М., 1989. - С. 22 - 29. - Деп. в ВИНИТИ 23.06.89, ¡6 4136 - В 89.

20. Спектор Ю.И., Смирнов Ю.Ю. Использование закрепленных грунтов при строительстве подводных трубопроводов // Материалы XYI научной конференции молодых ученых геологического факультета МГУ. - М., 1989. - С. 30 - 37. - Деп в ВИНИТИ 23.06.89., № 4136 -В 89.

21. Балластировка трубопровода грунтом / Бобрышев Н.П., Елизарьев Е.Г., Кальметьев Р.Г., Спектор D.M. // Строительство тру-

бопроводов. - 1990. - № 4. - С. 35.

22. Укрепление берегов использованными автомобильными покрышками / Спектор Ю.И., Елизарьев Е.Г., Макаров А.Б., Шуршин П.С. // Передовой производственный опыт, рекомендуемый для внедрения в строительстве предприятий нефтяной и газовой промышленности. -1990. - № II. - С. 5 - 6.

23. Спектор Ю.И., Долгодворов А.Н., Щепин Н.Ф. Применение закрепленных грунтов и армирующих прослоек в конструкции дорожной одежда // Передовой производственный опыт, рекомендуемый для внедрения в строительстве предприятий нефтяной и газовой промышленности. - 1990. - № 12. - С. 15 - 16.

24. Термическое упрочнение грунтовых оснований с использованием СВЧ-энергии / Бабин Л.А., Спектор Ю.И., Денисов О.Л., Смирнов Ю.Ю. // СО. науч. тр. / КИСИ. - 1991. - Основания и фундаменты в сложных грунтовых условиях. - С. 28-34.

25. Бабин Л.А., Спектор Ю.И., Гончарова Л.В. Применение СВЧ-энергии для производства строительных термоупрочненных грунтома-териалов // Строительство трубопроводов. - 1993. - № 4. - С.'16 -17.

26. Спектор Ю.И. Использование методов технической мелиорации грунтов в трубопроводном строительстве // Строительство трубопроводов. - 1994. - Я 9. - С. 6-8.

27. Бабин Л.А., Спектор Ю.И. Новые технологии и оборудование для строительства объектов газовой и нефтяной промышленности и охраны окружающей среды на основе использования энергии СВЧ-поля // В кн. "XI научно-техническая конференция" Проблемы эффективности производства на северных нефтегазодобывающих предприятиях" ( доклады и сообщения ). Т. I".- М., 1995. - С. ИЗ - 117.

28. Спектор Ю.И., Денисов О.Л. Один из методов устранения потерь геостойкости оснований и фундаментов существующих зданий и сооружений // В кн.. "Отказы в геотехнике. Сборник статей". - Уфа, 1995. - С. 142 - 146.

29. Спектор Ю.И. Определение удерживающей способности при стабилизации положения трубопроводов с использованием синтетических материалов // Транспорт и подземное хранение газа.- 1995. -№ 4. - С. 5 - 15-.

30. Применение СВЧ-поля для усиления оснований и устройства фундаментов / Денисов 0.1., Спектор Ю.И., Бабин Л.А., Гончаров Б.В. // В кн. "Механика грунтов и фундаментостроение. Труда Российской конференции по механике грунтов и фундаментостроению. Т. 2". - СПб., 1995. - С. 277 - 281.

31. Денисов 0.Л., Спектор Ю.И., Бабин Л.А. Фундаменты из термоупрочненных грунтовых свай, сооружаемых с применением СВЧ-поля // В кн. "II Украинская научно-техническая койференция по механике грунтов и фундаментостроению. Сборник докладов. Т. II". - Полтава, 1995. - С. 118 - 121.

32. Спектор Ю.И. Расчет одежд технологических и вдольтрассо-вых дорог, армированных синтетическими материалами // Транспорт и подземное хранение газа. - 1995. - № 6. - С. 20 - 24.

33. А.с. 1074945 СССР, МКИ Е 02 В 3 / 12. Конструкция бере-гоукрвпления на переходах магистральных трубопроводов / Л.А.Бабин, Ю.И.Спектор , С.М.Файзуллин ( СССР ). - й 3520445 / 29 - 15; Заявлено 03.12.82; Опубл. 23.02.84, Бюл. №7. - 3 е.: ил.

34. А.с. Ш0854 СССР, МКИ Е 02 В 3 / 12. Способ берегоук-репления гидротехнических сооружений / Бабин Л.А., Спектор Ю.И., Файзуллин С.М. ( СССР ) - № 3548738 / 29 - 15; Заявлено 20.12.82;

Опубл.30.08.84, Бюл. JS 32. - 3 е.: ил.

35. A.c. II2286I СССР, МКИ ? 16 L I /00. Способ стабилизации трубопровода в грунте, преимущественно песчаном / Л.А.Бабин, ГО.И.Спектор ( СССР ). - J6 3644391 / 29 - 08; Заявлено 02.08.83; Опубл. 07.11.84, Бюл. .4 41. -2с.: ил.

36. A.c. II55657 СССР, МКИ Е 02 В 3 / 12. Берегоукрепление / Л.А.Бабин, Ю.И.Спектор ( СССР ). - J6 3675379 / 29 - 15; Заявлено 15.12.83; Опубл. 15.05.85, Бюл. JS 18. - 3 е.: ил.

37. A.C. 1158654 СССР,- МКИ Е 02 В 3 / 12. Устройство для укрепления береговых откосов / Л.А.Бабин, Ю.И.Спектор, Р.М.Шакиров (СССР). - 3683417 / 29-15; Заявлено 28.12.83; Опубл. 30.05.85, Бюл. J6 20. - 2 е.: ил.

38. A.C. 1222743 СССР, МКИ Е 02 В 3 / 12, I 16 Ъ 58 / 12. Способ сооружения покрытия / I.A.Бабин, С.М.Файзуллин, Ю.И.Спектор, Е.Г.Елизарьев ( СССР ). - ü 3805545 / 29 - 15; Заявлено 23.10.84; Опубл. 07.04.86, Бюл. 13. - 2 е.: ил.

39. A.c. 1242559 СССР, МКИ Е 02 В 3 / 12. Укрепительное сооружение поверхности берегового откоса / Ю.И.Спектор, Е.Г.Елизарьев, И.Н.Нугаев ( СССР ).- & 3832129 / 29 - 15; Заявлено 25.12.84; Опубл. 07.07.86, Бюл. № 25. - 2 е.: ил.

40. A.c. 1294909 СССР, МКИ Е 02 D 3 / 12. Способ закрепления грунта / Л.А.Бабин, Р.М.Шакиров, Е.Г.Елизарьев, Ю.И.Спектор ( СССР ). - J6 3779922 / 29 - 33; Заявл. 14.08.84; Опубл.07.03.87, Бюл. ü 9. - 3 с.

41. A.c. 1486554 СССР, МКИ Е 02 В 3 / 12. Берегозащитное сооружение / Л.А.Бабин, Ю.И.Спектор, Е.Г.Елизарьев, И.Н.Нугаев ( СССР ). - J6 4254273 / 29 - 15; Заявлено 02.03.87; Опубл. 15.06.89, Бюл. J6 22. - 3 е.: ил.

42. A.c. 1500735 СССР, МКИ Е 02 D 3 / 12. Способ закрепления глинистого грунта / JI.А.Бабин, Л.М.Быков, А.Н.Долгодворов, Ю.И. Спектор, Р.Ф.Гильметдинов ( СССР ). - № 4359I7I /31-33 ; Заявлено 16.II.87 ; Опубл. 15.08.89, Бюл. Л 30. - 2 с.

43. A.C. 1647068 СССР, МКИ Е 01 С 5 / 00, 5 / 18. Покрытие дороги / Л.А.Бабин, Л.И.Быков, С.М.Файзуллин, Ю.И.Спектор, Б.Ф. Бобрик ( СССР ). - Ji 4274021 / 33; Заявлено 01.07.87; Опубл.

07.05.91, Бюл. № 17. - 3 е.: ил.

44. A.c. I6490I2 СССР, МКИ Е 01 С 21 / 02. Способ термического упрочнения глинистого грунта / Л.А.Бабин, Л.В.Гончарова, Ю.И.Спектор и др. ( СССР ). - J6 4639722 / 33; Заявл. 19.01.89; Опубл. 15.05.91, Бюл. J6 18. - 2 с.

45. A.c. IS72077 СССР, МКИ Т 16 1 1 / 028. Способ прокладки подземного трубопровода / Л.А.Бабин, Л.И.Быков, Ю.И.Спектор и др. ( СССР ). -Л 4690229 / 29; Заявл. 07.04.89; Опубл. 23.08.91, Бюл. J6 31. - 3 с. : ил.

46. A.c. 1784706 СССР, МКИ Е 01 С 3 / 06. Способ возведения дороги / Р.С.Гумеров, Х.А.Азметов, С.М.Файзуллин, А.Н.Долгодворов, А.П.Конев, Ю.И.Спектор ( СССР ). - Jfi 4856955 / 33; Заявлено 06.08.90; Опубл. 30.12.92, Бюл. J§ 48. - 3 с. : ИЛ.

47. A.c. 1807587 СССР, МКИ Н 05 В 6 / 64. Установка для обработки грунтовых блоков СВЧ-излучением / Л.А.Бабин, Ю.И.Спектор, Ю.Ю.Смирнов и др. ( СССР ). - J6 4737147 / 09; Заявлено 09.08.89; Опубл. 07.04.93, Бюл. № 13. - 3 с. : ил.

48. Патент 1760226 РФ, МКИ F 16 L 1 /06. Способ балластировки трубопровода в траншее / Л.А.Бабин, Ю.И.Спектор, Ю.Ю.Смирнов и др. ( РФ ) - Je 4689503 / 29; Заявлено 11.05.89; Опубл.

07.09.92, Бюл. J6 33. - 2 е.: ил.

В мае 1996 г. в издательстве "Недра" выходит из печати монография: Спектор Ю.И., Бабин Л.А., Валеев М.М. "Новые технологии в трубопроводном строительстве на основе технической мелиорации

грунтов" объемом 13 печатных листов.

Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту профессору Бабину Льву Алексеевичу и коллективу кафедры сооружения газонефтепроводов, газохранилищ и нефтебаз УГКТУ за помощь и ценные замечания при подготовка работы.

Соискатель

Подписано тс печати 13.05.96. Формат бумаги 60x64 I/I5. П^ч. листор 2. Типа" 100 экз.

Гсталркнт 'JTiiZ¡. 15С062, r.j'.fa. Кссшкавтсв, I

л*

Сл