Меню

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ВОЗВЕДЕНИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХИ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМЭЛЕКТРОСВАРНЫХ СПИРАЛЬНОШОВНЫХ ТРУБ

   

Цернант А.А.,

доктор техн. наук, профессор,главный инженер ОАО ЦНИИС

Ефремов Н. А.,

канд. техн. наук, зав. центральной лабораторией гидротехнического строительства ОАО ЦНИИС

Ефремов А. Н.,

канд. техн. наук, ст. научный сотрудник ЦЛГС ОАО ЦНИИС

Хитрых В. А.,

мл.научный сотрудник ЦЛГС ОАО ЦНИИС (г. Москва)

Аннотация. В статье представлены результаты испытаний электросварных спиральношовных труб, дан сравнительный анализ характеристик прямошовных и спиральношовных труб, обосновывается надежное применение спиральношовных труб и конструкций в гидротехническом строительстве. Показан опыт применения шпунта из спиральношовных труб «Трестом Запсибгидрострой» (ООО) на различных объектах, в том числе в сложных условиях, эксплуатирующихся в течение многих лет без аварийных ситуаций и нарушений конструкций.

Ключевые слова: штубошпунт, спиральношовные трубы, прямошовные трубы, металлические сваи, технологии гидротехнического строительства.


Abstract. The article presents the electric-welded spiral seam pipes test results and comparative analysis of longitudinal welded and spiral seam pipes parameters, it is rationalized reliable application of spiral seam pipes and structures in hydraulic engineering construction. It demonstrates an experience of piles application, made from spiral seam pipes by LLC "Trest Zapsibgidrostroy" on various objects, also in hard conditions, that have been exploiting for many years without any accident and structures disfunction.

Keywords: sheet piles, spiral seam pipes, longitudinal welded pipes, steel piles, methods of hydrotechnical construction.

На российском Волжском трубном заводе (ОАО «ВТЗ»), наряду с производством прямошовных труб, организованорасширенное производство электросварных спиральношовных труб большого диаметра, предназначенных для строительства магистральных нефтегазопроводов, промысловыхнефтепроводов, трубопроводов тепловых и атомных станций. Спиральношовные трубы широко применяют во всеммире в связи с тем, что при наличии более высоких технико-эксплуатационных показателей средняя цена их ниже стоимости прямошовных труб. Расширенное применение электросварных спиральношовных труб большого диаметра настроительстве продуктопроводов в России обусловленотакже высоким качеством их производства на ОАО «ВТЗ», включающим гидроиспытания труб и полный цикл неразрушающего контроля, в том числе ультразвуковой контрольштрипса на расслоение, контролирование параметров фаскии торцов, ультразвуковой и ренгенотелевизионный контролькачества сварных швов.

Однако в «Инструкции по проектированию морских причальных и берегоукрепительных сооружений» (РД 31.31.55-93)[1] содержится пункт 1.29 в редакции: «Для металлическихсвай следует применять трубы прямошовные», ограничивающей возможность проектирования и возведения сооруженийиз электросварных труб иной конструкции.

Табл. 1. Размеры и число фрагментов труб для испытаний

Диаметр, мм.

Длина, мм

Число фрагментов труб, шт.

наружный

наружный

прямошовные

спиральношовные

530

510

2500,0

3

3

720

704

3000,0

3

3

1020

1000

4000,0

3

3

Табл. 2. Результаты испытаний прямошовных и спиральношовных труб

Тип трубы

Площадь F, см2

Pmax, тс

σmax, кгс/см2

0 530/510 мм

П 530

163,3

719,0

4403,0

С 530

744,3

4557,9

0 720/704 мм

П 720

178,8

790,3

4419,9

C 720

779,5

4359,8

0 1020/1000 мм

П 1020

317,1;

1709,9 (690,8*)

5392,4

р

1020

F =128,6

опрн. ’

1716,8 (696,3*)

5414,2

Примечание: П — прямошовная труба; С — спиральношовная труба; F — площадь поперечного сечения трубы (полная), см2; Fon н — площадь поперечного сечения трубы в опорной зоне, см2; Ртах — предельно-допустимая сжимающая нагрузка, тс; Ртах,°(т) тс — предельно-допустимая нагрузка для опорной зоны трубьца шх — напряжение в опорных сечениях трубы, кгс/см2.

ОАО ЦНИИС выполнил комплексные сравнительные испытания образцов электросварных прямошовных и спиральношовных труб серийного производства с целью определения области и условий их безопасного и рационального применения при проектировании и на строительстве инженерных сооружений. Программа и методика проведения испытаний содержала испытания образцов труб на осевую центрально приложенную нагрузку, определение предельнодопустимой нагрузки, приводящей трубу к потере устойчивости, сравнительный анализ напряженно деформированного состояния электросварных прямошовных и спиральношовных труб. Испытаниями также устанавливали соответствие образцов труб:

  • ГОСТ 20295-85, ТУ 14-3-954-2001 и ТУ 14-3-156-80-2008 — в части геометрических размеров, параметров и вида применяемого материала;
  • ГОСТ 1497-84, ГОСТ 6996-91, ГОСТ 9012-59, ГОСТ 9013-59, ГОСТ 9454-84 и ГОСТ 14019-2003 — проверки физико-механических характеристик материалов, использованных в производстве, механических свойств сварных соединений на растяжение и твердость;
  • ГОСТ 380-2005, ГОСТ 1050-2006 и ГОСТ 19281-89 — определения химического состава материалов, класса, марки стали;
  • СП 16.13330.2011 (актуализированная редакция СНиП II-23-81*) и СНиП 3.07.02-87 — в части испытаний при осевом приложении нагрузки. 

ОАО ЦНИИС испытывал фрагменты труб, которые поставил ОАО «ВТЗ». Параметры геометрии фрагментов труб приведены в табл. 1. Трубы испытывали на прессе типа П-1000 мощностью 1000 тс с минимально возможным шагом передачи нагрузки по 0,5 тс. На рис. 1 приведена схема испытания труб на прессе П-1000 с указанием расположения на них измерительных приборов. В качестве измерительных приборов применялись прогибомеры типа ПЛ-2, обеспечивающие измерения с точностью 0,005 мм. Показания прогибомеров ПЛ-2 фиксировали компьютером, обеспечивающим возможностьконтролирования напряженно-деформированного состояния трубы на каждом этапе ее нагружения. Нагрузку на фрагменты труб передавали этапами в тс: 0+100+100+50+50+ 20+… и т. д. — до потери устойчивости.

На рис. 2 показан общий вид стенда для испытания трубыдиаметром 1020 мм на прессе П-1000. В табл. 2 приведены результаты испытаний электро сварных прямошовных и спиральношовных труб на сжатие до местной потери устойчивости.Испытания выявили, что опорный контур фрагментов труб диаметром 530 мм, со стенками толщиной 10 мм, длиной 2500 мм при нагрузках 720÷750 тс терял устойчивость. При этом напряжения в опорных сечениях трубы составляли около 4600 кгс/см2. В сертификатах труб было указано, что они выполнены из стали марки 17Г1С и имеют временное сопротивление 5600 кгс/см2. Фактическое временное сопротивление металла труб, определенное по результатам испытаний, составляло 6200 кгс/см2. Следовательно, в момент потери устойчивости напряжения в стали трубы диаметром 530 мм на 20÷35% ниже допустимого временного сопротивления, приведенного в сертификате. Аналогичные результаты были получены для труб диаметром 720 и 1020 мм (табл. 1).

На основании полученных результатов установлено, что критичным в испытаниях является местная потеря устойчивости тонкой стенки трубы (рис. 3). Характерные формы потери местной устойчивости электросварных спирально шовных труб при приложении вертикальной сжимающей нагрузки показаны на рис. 4, 5 и 6 . Анализ этих фотографий и результатов испытаний показал, что в местах потери устойчивости с наибольшими напряжениями прямошовные и спиральношовные трубы работают практически одинаково. При потере местной устойчивости сварные соединения как у прямошовных, так и спиральношовных труб не имели трещин, а также переломов в местах, где изгибы стенок труб проходили по кривым с очень небольшим радиусом. Главный вывод испытаний — спиральношовные трубы, их материалы и сварные соединения удовлетворяют требованиям действующих нормативных документов по проектированию и строительству транспортных, гидротехнических, промышленных и гражданских сооружений, в том числе I-го и II-го уровней ответственности.

ОАО «ВТЗ» изготавливает электросварные спиральношовные трубы, результаты испытаний которых доказали возможность их широкого применения при проектировании и возведении строительных сооружений. ООО «Газпром ВНИИГАЗ» [2], на основе результатов аттестационных (квалификационных) испытаний, разработал объективные технические требования (ГОСТ 20295-85, ГОСТ Р 52079-2003, ТУ14-3-1977-2000, ТУ 14-3Р-60-2002, ТУ 14-156-76-2007 и т. д.) к электросварным спиральношовным трубам большого диаметра, в соответствии с которыми ОАО «ВТЗ» организовано серийное производство продукции.

В результате сравнительных испытаний ООО «Газпром ВНИИГАЗ» [2] спиральношовных и прямошовных труб производства ОАО «ВТЗ» определена прочность их при статическом изгибе и механические характеристики основного металла и сварных соединений. Установлено, что статическаятрещиностойкость и циклическая долговечность спиральношовных труб на изгиб, соответственно, в 1,7 и 2,7 раза выше, чем у прямошовных. Спиральный шов за счет своей ориентации относительно главных напряжений в трубе находится в более благоприятном положении, чем продольный. При прочих одинаковых условиях уровень эффективных напряжений в спиральном шве ниже в 1,1–1,3 раза, что увеличивает долговечность спиральношовных труб. Механические характеристики металла труб и сварных соединений соответствовали требованиям регламентирующих их нормативных документов. Комплексные результаты испытаний [3] показали, что спиральношовные трубы ОАО «ВТЗ» обладают достаточным уровнем надежности и имеют ресурс по трещиностойкости и сопротивлению коррозии, соответствующий современным требованиям нормативных документов федерального уровня по безопасности [4].

На основе результатов сертификационных испытанийэлектросварных прямошовных и спиральношовных труб на-ружным диаметром 530–1420 мм производства Волжскоготрубного завода разработан, утвержден и введен в действиеСтандарт организации СТО 01393674-001-2013 [5]. При раз-работке СТО, в соответствии с требованиями № 184-ФЗ [6],провели сертификационные испытания электросварных прямошовных и спиральношовных труб в системе Рос Строй Сертификация РФ.

В табл. 3 приведена выписка из реестра нормативных документов, в соответствии с которыми ОАО «ВТЗ» изготавливает электросварные спиральношовные трубы, рекомендуемые для применения при проектировании и возведении промышленных и гражданских сооружений, в том числе транспортных и гидротехнических. С переходом страны к рыночным экономическим отношениям и внедрением на строительстве ресурсосберегающих конструкций и технологий производства работ широкое применение получили трубчатые сварные шпунты (ШТС). ООО «Трест Запсибгидрострой» — признанным лидером поразработке конструкций ШТС [8] и возведению на их основе подпорных стен гидротехнических, транспортных, промышленных и гражданских сооружений — накоплен большой опыт изготовления и использования спиральношовных труб при производстве шпунтов трубчатых сварных. На предприятиях треста, в соответствии с ГОСТ Р 52664-2010 [7], шпунт трубчатый сварной изготавливают из стальной трубы, приваривая к ней замковые соединения, усилие на разрыв которыхне менее 1500,0 кН (150,0 тс) на п. м. За четверть вековой период ООО «Трест Запсибгидрострой» изготовил более 160 тыс. т ШТС, из которых построено около 65 км надежных в эксплуатации сооружений в различных регионах РФ, в том числе в экстремальных природно-климатических условиях криолитозоны и на слабых грунтах.

Результаты научного сопровождения и примеры строительной практики позволили выявить условия успешного применения спиральношовных труб для производства ШТС и также успешного его использования на объектах строительства. Например, применение ШТС на строительстве транспортного путепровода в г. Ханты-Мансийске (рис. 7) обеспечило высокие темпы возведения и надежную эксплуатацию подпорных стен высотой 12 м без каких-либо анкерных креплений. При возведении набережной на реке Иртыш в г. Иркутске (рис. 8) ШТС со спиральношовными трубами погружали даже в скальные грунты основания. Больверк из ШТС ООО «Трест Запсибгидрострой» на реке Москве обеспечил не только надежную работу конструкций берегоукрепления, но и стабилизацию грунтов оползневого откоса (рис. 9) высотой до 20 м.

Более того, по мнению кандидата технических наук, руководителя «Треста Запсибгидрострой» В.В. Гончарова, спиральношовная штруба удобнее для изготовления сварного трубчатого шпунта, поскольку винтообразный шов, выступающий над поверхностью трубы приблизительно на 2 мм, служит опорой для замкового соединения, а зазор между телом трубы и замком надежно проваривается без скоса кромок на замках. «Некоторые скептики утверждают, что спиральный шов способствует силам кручения при забивке и шпунтину буквально выворачивает из направляющей, однако практический опыт опровергает и этот тезис», — отмечает В.В. Гончаров, приводя в качестве аргументов опыт Треста, накопленный в строительстве гидротехнических, транспортных, промышленных объектов: 70% трубошпунтовых стенок, построенных ООО «Трест Запсибгидрострой», выполнены из спиральношовных труб, за 23 года строительства и эксплуатации сооружений не было ни одного разрыва, при этом использовано всего четыре клиновые шпунтины! Это уникальное достижение строителей: 60 000 трубошпунтин, и только лишь четыре из них клиновые! Ни одна строительная организация на постсоветском пространстве не может и близко привести подобные примеры качества и надежности сооружений. Высокое качество конструкций трубошпунта, выпускаемых на двух современных заводах Треста — в Сургуте и Самаре, обусловлено в первую очередь тем, что специалисты «Запсибгидрострой», конструируя замковые соединения, не ограничиваются этим, а видят главный результат в качественной, удобной и даже комфортной забивке трубошпунта. Для этого конфигурация замкового соединения должна быть овальной, без встречных углов, которые являются дополнительными концентраторами напряжений, из-за чего происходит «спекание» замков при погружении.

Опыт работы «Треста Запсибгидрострой» — пионеров в разработке новых конструкций и технологий строительства из сварного трубошпунта — требует более детального изучения, научного обоснования и распространения на строительных объектах. В заключение важно отметить, что результаты исследований и опыт проектирования и возведения инженерных сооружений доказали, что в «Инструкции по проектированию морских причальных и берегоукрепительных сооружений» (РД 31.31.55-93) [1], разработанной в 1990-х гг. и актуализируемой в настоящее время в Свод правил в соответствии с № ФЗ-184 «О техническом регулировании» [2] и СП 58.13330.2012 [3], пункт 1.29 необходимо изложить в следующей редакции: «Для металлических свай следует применять трубы электросварные прямошовные и спиральношовные».

Литература

1. РД 31.31.55-93 «Инструкция по проектированию морских причальных и берегоукрепительных сооружений».

2. Емельянов А. В. и др. Оценка служебных характеристик спирально шовных труб для магистральных газонефтепроводов методами полномасштабных испытаний. http://neftegas.info/territoriya-neftegaz/3208.

3. Спирально шовные трубы для МТ. http://www.uralpsk.ru/Article4.html.

4. Федеральный закон № 384-ФЗ. Технический регламент о безопасности зданий и сооружений.

5. СТО 01393674-001-2013. Проектирование и возведение транспортных, промышленных и гражданских зданийи сооружений с использованием электро сварных прямошовных и спирально шовных труб наружным диаметром 530–1420 мм производства Волжского трубного завода. Москва: ОАО ЦНИИС, 2013.6. Федеральный закон № 184-ФЗ «О техническом регулировании».

7. ГОСТ Р 52664-2010. Шпунт трубчатый сварной. Технические условия.

8. Гончаров В. В. и др. «Инновационная высокотехнологичная отечественная продукция». Шпунт трубчатый сварной ГОСТ Р 52664-2010. Москва: ООО «Издательство Спец-Адрес», 2013.


ТРЕСТ ЗАПСИБГИДРОСТРОЙ —ВЕДУЩИЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬ ТРУБОШПУНТАВ РОССИИ

  • 37 лет безупречного строительства в сложнейших условиях, в том числе в криолитозоне!
  • Более 50 инновационных сооружений транспортного назначения!
  • Разработчик-производитель трубошпунта и замковых соединений в России. Действующий завод в Сургуте за 22 года произвел 160 000 тонн высококачественной продукции! 
    Сортамент из 500 наименований ШТС, 21 патент на разработки замковых соединений и шпунта! Впервые в России производство стальных шпунтовых свай с моментом сопротивления Wx более 4 тысяч см3/м из российских материалов! 
  • Более 50 км подпорных стен, ни одного разрыва и всего 4 клиновые шпунтины — уникальное достижение компании! Проектирование подпорных стен из ШТС с любыми углами поворота за счет конструктивных характеристик и размещения замковых соединений на трубе при полном сохранении герметичности и без дополнительных сварных элементов!
  • Экономический эффект от применения ШТС превышает 3 млрд. рублей, снижениерасхода стали — не менее 50 тысяч тонн! Сокращение трудозатрат — не менее 6,6 че-ловеко-часов на каждой шпунтовой свае!

 

23–26 сентября 2014. Самара–Сызрань

Симпозиум «Отечественный трубошпунт как гарант экономической безопасности»

Проводится при поддержке и участииправительства Самарской области, ФГУП «Росморпорт», Федеральногодорожного агентства (Росавтодор).
Организаторы: ОАО ЦНИИС — транспортногостроительства, ООО «Трест Запсибгидрострой». При участии и информационной поддержке журнала «ГИДРОТЕХНИКА» и журнала «Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века».

В программе симпозиума:

  • Научно-технические доклады ведущих институтов и компаний в области проектирования и строительства подпорных стен из сварного трубчатого шпунта: ОАО «ЛенморНИИпроект», ООО «МСТ», ЗАО «ГТ Морстрой», ЗАО «Сибречпроект», ОАО «Росжелдорпроект», ОАО «Гипроречтранс», ОАО ЦНИИС, ОАО «ИркутскГипродорНИИ»;
  • Презентация действующего завода по производству сварного трубчатого шпунта;
  • Презентация уникальной установки для горизонтальной проходки сотово-коробчатым шпунтом в насыпях действующих железнодорожных и автомобильных дорог. Натурные испытания на полигоне. Осмотр строящихся и введённых объектов. 

В работе симпозиума примут участие представители ведущих строительных, добывающих, производственных компаний.

Получить подробную информацию можно в ООО «Трест Запсибгидрострой». Телефон в Москве: (499) 792-93-56; в Сургуте (3462) 24-50-64, факс 8 (3462) 24-31-57. E-mail: info@zsgs.ru

ИСТОЧНИК: ГИДРОТЕХНИКА 3 (36) / 2014

Оригинал статьи в PDF скачать