ВЕНИАМИН МАРКУЦ      
Девиз моей компании
кандидат технических наук
(Ph.D.)
DOCTOR OF SCIENCE, HONORIS CAUSA of Academy of Natural Histo-ry
профессор РАЕ
в энциклопедии
биографические данные и фото
выдающихся ученых и специалистов России

РАСЧЁТ ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ КУСТОВЫХ ПЛОЩАДОК ПОД БУРЕНИЕ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ


РАСЧЁТ ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ КУСТОВЫХ ПЛОЩАДОК ПОД БУРЕНИЕ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ

 

(публикуется с незначительными изменениями по тексту 1992 г.)

ТЮМЕНЬ

1992 – 2017        

     ©   Расчёт прочности и устойчивости кустовых площадок под бурение на слабых грунтах

В. Маркуц  2017 г.

 Все права защищены Законом Об Авторском праве и смежных правах в ред. Федеральных законов от 19.07.1995 N 110-ФЗ,  от 20.07.2004 N 72-ФЗ

Статья 48. Нарушение авторских и смежных прав: Незаконное использование произведений, изготовление одного или более экземпляров произведения  или его части в любой материальной форме, либо иное нарушение предусмотренных настоящим Законом авторского права или смежных прав влечет за собой гражданско-правовую, административную, уголовную ответственность в соответствии с законодательством Российской Федерации. (ст.146 УК РФ)

 

©Маркуц Вениамин Михайлович

канд. техн. наук, диплом ТН № 098695  от 13.05.1987 г.     

 тел. 8 (3452) 43-98-86,    Е-mail:

  

Вениамин Маркуц 

канд. техн. наук (Ph.D.)

DOCTOR  OF  SCIENCE, HONORIS CAUSA

of Academy of Natural History

профессор  РАЕ

EUROPEAN  ACADEMY OF NATURAL HISTORY

(FULL MЕMBER

 ЗОЛОТАЯ МЕДАЛЬ "ЕВРОПЕЙСКОЕ КАЧЕСТВО"

 Gold medal "European Quality"

Медаль  ВЕРНАДСКОГО В.И.

Медаль им. Вильгельма Лейбница (Wilhelm Leibniz)

EUROPEAN SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL CONSORTIUM "ESIC"

 - Орден PRIMUS  INTER  PARES

MEDAL  EUROPEAN SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL CONSORTIUM "ESIC"

 -  ISAAC  NEWTON  (МЕДАЛЬ ИСААКА НЬЮТОНА)

Заслуженный работник науки и образования

ЗАСЛУЖЕННЫЙ ДЕЯТЕЛЬ НАУКИ и ТЕХНИКИ

 

  Оглавление

Ведение

1. Общие положения

2. Расчёт прочности и устойчивости оснований рабочей зоны 

2.1 Определение осадки основания рабочей зоны

2.2. Проверка устойчивости основания на основе теории упруго-вязкого деформирования

2.3. Проверка устойчивости основания на основе теории линейно-деформируемой среды

2.4. Проверка устойчивости слабых оснований по условиям сдвига

2.5. Проверка устойчивости основания по критерию критической нагрузки

3. Определение безопасной высоты насыпи при возведении земляного полотна

4. Определение консолидационной осадки оснований кустовой площадки

Приложение 1

Расчёт осадки основания земляного полотна  рабочей зоны  кустовой площадки от действия собственного веса насыпи

Приложение 2

Проверка устойчивости основания вышечно-лебёдочного блока на основе теории упруго-вязкого деформирования

Приложение 3

Проверка устойчивости основания вышечно-лебёдочного блока на основе теории линейно-деформируемой среды

Приложение 4

Определение осадки основания рабочей зоны  от действия вышечно-лебёдочного блока

Приложение 5

Определение безопасной высоты насыпи при возведении земляного полотна

 


Аннотация

Представлен метод определения осадки основания инженерных конструкций и сооружений, а также оценки их устойчивости с помощью аналитических формул, полученных на основе теории упруго-вязкой и линейно-деформируемой среды.

 

Ведение

При сооружении объектов на слабых грунтах широко используются местные грунты. Для расчёта устойчивости и определения осадки основания земляного полотна инженерных конструкций и сооружений существует ряд методов. Определить осадку можно экспериментальным путём, возможно определение при помощи различных графиков и номограмм. Рассчитывают осадку также по формулам, главным образом по формулам эмпирическим. В данной работе представлен метод определения осадки основания инженерных конструкций и сооружений с помощью аналитических формул, полученных на основе теории упруго-вязкой и линейно-деформируемой среды. Это позволяет определить величину внешней нагрузки, при которой на данном горизонте возникают условия предельного равновесия.

Представленные в данной работе формулы позволяют проводить:

1. расчёт осадок инженерных конструкций на неоднородных основаниях при сложном очертании эпюры давления;

 2. оценку устойчивости оснований на слабых грунтах.

Описанный метод позволяет проверить устойчивость различных объектов, в том числе многоквартирных домов, построенных на слабых грунтах на ленточных фундаментах взамен свайных оснований.

Приведены аналитические формулы для определения:

1. Напряжений в грунтах от действия равномерной и треугольной полосовой нагрузки.

2. Определение осадки однородного основания и многослойной грунтовой системы от действия полосовой нагрузки, распределённой по закону треугольника:

3. Определение осадки однородного основания и многослойной грунтовой системы от действия равномерной полосовой нагрузки:

4. Определение осадки основания от действия трапециевидной полосовой нагрузки.

5. Определение предельных ошибок при расчёте осадок основания на слабых грунтах.

6.  Расчёт осадки основания земляного полотна на болоте.

7.  Расчёт осадки основания земляного полотна на глинистых переувлажнённых грунтах.

8. Оценка устойчивости оснований на слабых грунтах.

На основе полученных формул составлена  и апробирована в реальном проекте кустовой площадки схема деформирования поверхности основания рабочей зоны кустовой площадки от действия вышечно-лебёдочного блока при его монтаже и эксплуатации. Кустовая площадка возведёна безвыторфовочным методом на болоте I – го типа на одном из месторождений нефти в Тюменской области.

В работе содержатся рекомендации по оценке прочности и устойчивости слабых оснований, определении величины консолидации и объёмов земляных работ в рабочей и вспомогательной зоне кустовой площадки.

Автор примет замечания или предложения по улучшению информационного качества предлагаемой книги, а также и других моих работ.

  

1. Общие положения

Работа основания кустовой площадки, а следовательно и её конструкция зависит от предназначения функциональных зон. В основной, рабочей зоне, где перемещается вышечно-лебёдочный блок  массой 300 т, предельная деформация основания в эксплуатационном режиме не должны превышать определённых значений: абсолютная осадка 60 см, крен 0,01 (100/00).  Ширина рабочей зоны составляет 18 м, длина зависит от количества скважин. Буровой станок перемещается по направляющим, установленным на опорных тумбах. Размеры опорных тумб составляют 1,2 – 1,65 м в ширину и 9 метров в длину (рис 1.1). Число опорных тумб в ряду равно 7, расстояние между ними в осях составляет 10 м.

  Расчётная схема внешней нагрузки может быть представлена в виде полосовой нагрузки интенсивностью Р = Рн*Кн*К. Здесь Рн  - нормативная статическая нагрузка от действия вышечно-лебёдочного блока интенсивностью 0,138 МПА (1,38 кг/см2). С учётом коэффициента надёжности Кн, равного 1,2 и динамического коэффициента К, равного 1,45, расчётная нагрузка составляет 0,24 МПА (2,4 кг/см2).

Остальная часть кустовой площадки (вспомогательная зона) занята второстепенными объектами. Поэтому к её основанию предъявляются менее жёсткие требования. Здесь в максимальной степени могут быть использованы местные слабые грунты. Грунтовая поверхность площадки должна обеспечить проезжаемость гусеничного и колёсного транспорта.

   2. Расчёт прочности и устойчивости оснований рабочей зоны  

Если всю толщу слабых грунтов заменить более прочными привозными грунтами, то прочность и устойчивость вышечно-лебёдочного блока будет обеспечена несомненно, с большим запасом прочности. Не вызывает сомнений также и тот факт, что буровой станок, будучи поставлен на естественную поверхность болота, вряд ли сможет находиться в устойчивом положении. Следовательно, в основании вышечно-лебёдочного блока должен находиться слой боле прочного грунта такой мощности, чтобы прочность и устойчивость основания соответствовала требованиям.

Таким образом, расчёты прочности грунтовых оснований сводятся к определению величины консолидации и последующей проверке устойчивости. Если окажется, что при естественной консолидации устойчивость не будет обеспечена, следует прибегнуть к мерам принудительной консолидации, либо к частичному выторфовыванию. Дополнительные объёмы работ определяются расчётом. Проверка устойчивости основания проводится в соответствии с положениями п/п 2.2 – 2.5. Если хотя бы в одном из пунктов условие не будет выполнено, следует обратить особое внимание и добиться соблюдения условий равновесия.

2.1 Определение осадки основания рабочей зоны

Ширина рабочей зоны составляет 18 метров, длина более 70 метров, высота 1 метр. Следовательно, для определения осадки основания можно применить формулы на основе теории линейно-деформируемой среды для равномерной полосовой нагрузки [2]  рис (2.1).

й нагрузки;

условие (2.8) не соблюдается, следует увеличить глубину заложения нагруженной поверхности методом перегрузки, либо с помощью частичного выторфовывания.

 

2.3. Проверка устойчивости основания на основе теории линейно-деформируемой среды

В общем случае напряжённого состояния для условий такой задачи уравнение равновесия для любых линейно-деформируемых тел при горизонтальной ограничивающей полупространство плоскости (направление оси х горизонтально, оси z  - вертикально), записывается в следующем виде:


Анализ уравнений (2.12) - (2.14)  показывает, что параметр  Z входит в правые и левые части этих выражений.  Поэтому решение этих уравнений возможно лишь методом итерации. Вначале из решения уравнений консолидации (2.1) - (2.6)  на основе известных прочностных характеристик грунтов проверяемого слабого слоя Cs и φs  (c учётом их уплотнения под нагрузкой) вычисляют начальное значение Z0. Далее из уравнения  (2.13) вычисляем требуемую величину Zтр. Если начальное значение  Z0 окажется больше требуемого Zтр, следует увеличить глубину заложения нагруженной поверхности и проверку повторить.

Если не консолидированная торфяная залежь представлена грунтами 2- го типа, то угол внутреннего трения таких грунтов φ = 0. В этом случае безопасная глубина залегания слабого слоя составляет:

       ……………….……………        (2.15).           

Из уравнения (2.15) следует, что если слабый слой начинается с поверхности болота

 (Z = 0),  то для начала процесса консолидации удельное давление на торфяную залежь Р должно быть больше 0,5 С, то есть:

        ……………………………….……………        (2.16).         

Здесь  Се - начальное удельное сопротивление сдвигу, соответствующее природной

влажности грунта.

          

2.4. Проверка устойчивости слабых оснований по условиям сдвига

Условие сдвига записывается в виде:


Если условие (2.18) не соблюдается, следует увеличить глубину заложения нагруженной поверхности методом перегрузки, либо с помощью частичного выторфовывания.

 

 2.5. Проверка устойчивости основания по критерию критической нагрузки

У рёбер подошвы нагруженной площади под краем нагрузки в определённый момент между касательными и нормальными напряжениями могут возникнуть соотношения, которые приводят грунт в критическое, предельное состояние. Этот момент соответствует началу возникновения в грунте зон сдвигов и окончанию фазы уплотнения, а нагрузка, соответствующая этому началу, называется критической. Её величина определяется как:


 

3. Определение безопасной высоты насыпи при возведении земляного полотна

При возведении насыпей на болотах 1–го и 2–го типов необходимо стремиться к тому, чтобы осадка основания проходила равномерно путём сжатия слабых слоёв в соответствии с протеканием процессов фильтрационной консолидации. Толщина насыпного слоя на поверхности болота должна быть такой, чтобы устойчивость слабых слоёв основания была обеспечена.

Расчёты по определению безопасной высоты насыпи при возведении земляного полотна можно вести с помощью уравнения (2.10). Полагая, что у консолидированного торфа угол внутреннего трения φ  0, получаем упрощённое уравнение (2.15).

Из уравнений (2.15) и (2.16) следует, что процесс консолидации начнётся, если высота насыпного слоя превысит значение:

   .

 С другой стороны, высота насыпного стоя не должна превысить:

  .

 Следовательно, если слабый слой находится на поверхности болота, толщина насыпного слоя в первый момент до начала консолидации должна быть в пределах:

          ……………………           (3.1).   

Здесь:

 Се – удельное сопротивление сдвигу поверхностного слоя болота.

-  плотность насыпного грунта 2 г/см3.

Если слабый слой находится на глубине h1 от поверхности, то предельная высота насыпного слоя должна быть:

  

Здесь:

 Се – удельное сопротивление сдвигу слабого слоя на глубине h1.

Из формулы (3.2) при h1 = 0 (слабый слой находится на поверхности болота) предельная высота насыпного слоя должна быть:

    ………………      (3.3).

Оптимальная толщина насыпного слоя на поверхность болота в первый момент до начала консолидации определяется подбором из уравнений (3.2) (3.3) с учётом условия (3.1).

После начала процесса консолидации режим отсыпки грунта, то есть высота насыпного грунта определится по формуле:


Здесь b1 полуширина отсыпаемого на поверхность болота слоя грунта.

Для отсыпки рабочей зоны следует соблюдать следующие условия:

1. Чтобы max консолидации пришёлся в сечении опорных тумб, отсыпаются полосы шириной (6,5 + 0,5) метра. При этом центр отсыпки должен находиться под опорными тумбами. Полоса шириной 5 метров под центром рабочей зоны остаётся свободной, не засыпанной минеральным грунтом (рис 3.1). После консолидации основных полос она заполняется излишним грунтом с примыкающих полос. Тем самым под опорными тумбами находится достаточный по условиям безопасности слой минерального грунта, а в менее нагруженной центральной  зоне слой минерального грунта значительно меньше. Этим достигается максимальный экономический эффект.


Рис 3.1 Схема отсыпки грунта  в рабочей зоне кустовой площадки

2. Отсыпка  минерального грунта ведётся способом "от себя" полосами шириной 2 метра.

 

4. Определение консолидационной осадки оснований кустовой площадки

Для определения объёмов земляных работ при сооружении кустовой площадки необходимо рассчитать консолидационную осадку. Для этого кустовая площадка разбивается сеткой квадратов или прямоугольников, в узлах которых определяется осадка основания. Осадка слоя толщиной Z2 Z1 в угловой точке площадки равна:


здесь 

При слоистом основании его осадка определяется послойным суммированием консолидации каждого слоя.

Общая осадка основания точек узла определится суммой осадок каждой из угловых точек.

Недостатком этого метода является недоучёт влияния соседних и более дальних прямоугольников на осадку в данной точке.

Если кустовую площадку разделить на отдельные полосы (ширина которых может быть различной), то возможно применить формулы раздела 2.1, в частности, формулу (2.5) для учёта влияния соседних полос. Вначале определяется осадка по горизонтальным полосам, потом по вертикальным (рис 4.2). За расчётную осадку принимается наибольшая из вычисленных.

 

 

Рис 4.2  Схема к расчёту осадки основания кустовой площадки

 

ЛИТЕРАТУРА

1. И.Е. Евгеньев,  В.Д. Казарновский   Земляное полотно автомобильных дорог на слабых грунтах, М. : Транспорт, 1976, - 272 с.

2. Основания, фундаменты и подземные сооружения,  под общей редакцией Е.А.Сорочана и Ю.Г. Гребенщикова, М. :  Стройиздат, 1985   - 480с.

3. Н.А. Цытович  Механика грунтов,  М. : Высшая школа,  1973  - 230 с.

4. Маркуц В.М.  Определение конечной величины осадок поверхности основания от действия трапециевидной полосовой нагрузки, сб. тезисов докладов научн. техн. конференции "Проблемы и практика строительства в Тюменской области", Тюмень, 1990, с.48 – 49.

5. Маркуц В.М. Определение осадки основания земляного полотна аналитическим методом, сб. тезисов докладов научн. техн. конференции "Использование отходов промышленности при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог в Нечернозёмной зоне РСФСР", Владимир, ВПИ, 1990, с. 13 – 14.

6. Маркуц В.М.  Оценка устойчивости оснований на слабых грунтах, сб. научн. трудов "Проблемы освоения нефтегазовых ресурсов Западной Сибири", ТИИ, Тюмень, 1992, с. 200- 202.

7. Маркуц В.М. К вопросу расчёта вертикальных напряжений в однородном полупространстве, а кн. докладов Всесоюзной научно-технической конференции ″Пути совершенствования эксплуатационных качеств автомобильных дорог и повышения безопасности движения″, ч.1, Волгоград, 1989, с 121-122.

8. Маркуц В.М. Особенности расчёта нежёстких дорожных одежд со слоями из слабосвязных материалов, Автомобильные дороги, №14, 1991, с. 9-11. 

читать полный текст ЗДЕСЬ:  РАСЧЁТ ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ КУСТОВЫХ ПЛОЩАДОК ПОД БУРЕНИЕ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ


 перейти на карту сайта

Яндекс.Метрика
Главная::Новости::Уcлуги::Клиенты::Контакты::Задать вопрос::Поиск::Карта сайта
2001 - 2005 г. г. ВЕНИАМИН МАРКУЦ
ВебСтолица.РУ: создай свой бесплатный сайт!  | Пожаловаться  
Движок: Amiro CMS