Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 [ 18 ] 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84

буют дополнительных меронриятип, позволяющих осуществлять безаварий-иую эксплуатацию. При изысканиях и проектировании переходы через болота занимают наиболее значительный объем работ. Все это требует отдельного и расширенного рассмотрения вопросов, связанных с изысканиями через болота.

Болотом (торфяником) со строительной точки зрения называотси избыточно увлажненный участок зеншой поверхности, покрытой слое.м торфа мощностью 0,5 м и более. Болота с мощностью торфяной залежи менее 0,5 м относятся к заболоченным земля.м.

Торф есть своеобразное, относительно .молодое геологическое образование, создающееся в результате от-мирания болотной растительности прп избыточ-но.м количестве влаги и недостаточном доступе воздуха. Для торфа в его естественном состоянии характерна высокая влажность (85-95%). По внешнему виду торф представляет собой волокнистую (при малой степенп разложения) или пластичную (при высокой степени разложения) массу. Сухое вещество торфа состоит из не вполне разложившихся растительных остатков (растительного волокна), продуктов разложения растительных остатков (темного бесструктурного вещества гумуса) и минеральных веществ (золы). Окраска торфа в зависпмостп от содержаний в не.м гу.муса светло-желтая, коричневая или черная. Отдельные хорошо сохранившиеся волокна растенпй видны на глаз.

Видом торфа называется торфяное отложение, характеризующееся относительной Однородностью ботанического состава и ко.мплскса физико-химических свойств.

Торфяной залежью называется напластование одного или нескольких видов торфа.

Вид залежи - определенное сочетание тех илп иных торфов на данном участке болота.

Болотный микроландшафт. - это участок болота, покрытый однородной растительностью, с одинаковым микрорельефом и с одинаковы.\1 водным режимом. Под микрорельефом понимаются все поверхностные неровности: кочки, гряды, понижения и мочажины, образованные растительным нокро-во.м; на верховом месторождении они возникают в результате неодинакового роста сфагновых мхов, на низинном - неровности микрорельефа создаются осоковыми и моховыми кочками.

Болотным массивом называется участок земной поверхности, занятый болотом, границы KOj-oporo представляют собой замкнутый контур, проходя-щийпо нулевой глубине торфяной залежи, т. е. болотный массив включает в себя и заболоченные зе.мли.

В зависимости от условий образования болота делятся на три типа: низинные, переходные и верховые.

Болота низинного типа образуются в условиях обводнения сильно мине-рализованны.ми (жесткими) водами: грунтовыми, поверхностно-сточными, речными или озерными. Такие месторождения покрыты растительностью, требующей обильного минерального питания. При ее отмирании образуется сравнительно высокозольный низинный торф. Болота низинного типа возникают в пониженных элементах рельефа: в поймах рек, в их притеррасных частях илп водораздельных котловинах.

Болота верхового типа образуются в условиях обводнения слабоминерализованными (мягкими) водами, в которых преобладают атмосферные. Растительный покров верховых торфяников состоит из малотребовательных к raнepaльпoмy питанию растений. Здесь отлагается слабо1тнерализован-ный (малозольный) торф. Месторождения этого типа формируются на более возвышенных элементах рельефа, поверхность их обычно выпуклая.

Болота переходного типа встречаются сравнительно редко и фор\шруются, как правило, в условиях обводнения поверхностно-сточными водами с берегов из аллювиальных отложений. Чаще в основаниях болот переходного типа залегают пласты низинных, а сверху - слои верховых торфов. Торфяники такого строения являются переходнглми от низипнглх залежей в верховые и образуются в условиях, когда поверхность залежи в связи с естественным

ростом торфяного слоя поднялась выше уровня обводняющих ее грунтовых вод, а минеральное питание ухудшилось.

Низинный, переходной и верховой типы делятся на подтипы: лесной, лосо~топяно1"1, топяной. Болота различаются также по характеру происхождения, которое бывает озерным (на месте заторфованных водоемов) и суходоль-яь1М (на минеральных почвах в результате заболачивания лесов и лугов). Вэоас тундр в условиях равнинного рельефа заболоченность территории достигает огромных размеров, но мощность торфяных залежей невелика. В зоне лесов заболоченность территории значительно ниже, чем в тундре; торфяники приурочены большей частью к отрицательным формам рельефа (впадинам, понижениям), но при благоприятных условиях здесь образуются залежи с мощностью торфа нередко до 10 м. Зона лесостепи неблагоприятна для развития болот. Последние здесь встречаются лишь на поймах рек или располагаются в глубоких котловинах. В зоне степей болота встречаются лишь в устьях рек и носят название плавней. Наконец, в зоне полупустынь и пустынь образование болот почти невозможно. Торфяники встречаются очень редко и исключительно в поймах рек.

Физике-механические характеристики торфа. Торф - полудисперсная система, состоящая обычно из трех фаз: твердой, жидкой и газовой. Отдельные частицы твердой фазы - остатков растений и минеральных примесей - имеют размеры от нескольких миллиметров до размеров мельчайших коллоидных частиц, равных 10-е мм. На границе раздела между отдельными фазами действуют поверхностные силы, присущие дисперсным системам. Твердая фаза состоит из органической и \ганеральнои частей. Соотношение между ними характеризует; зольность А торфа. Вода но является простой механической примесью в торфе, а тесно связана с ним. Энергия этой связи при большой влажности невелика, но нри у.меньгаении влажности она возрастает, поэтому удаление воды из торфа сопряжено с боль-пшмп трудностями. Газовая фаза в торфе представлена воздухом или (реже) газами, выделяющи-мися при хилшческом изменении торфа. От количества воздуха в торфе зависят его объемная масса, прочность, теплопроводность, коэффициент фильтрация и другие важные физико-механические характеристики.

Влажность торфа может быть абсолютной и относительной. Если в образце массой Р содержится Рт сухого торфа и Р - Рт воды, то абсолютная влажность, г/г,

W = (P-Pr)/Pr,\ (4.12)

а относительная влажность, %,

w = -5- . 100.

(4.13)

Соотношения между абсолютной и относительной влажностью таковы:

И=и;/(100-и;); ш = у »100.

(4.14)

Степенью разложения R торфа, или гумификацией, называется количество разложившейся части - гумуса, имеющейся в той или иной пробе торфа (в процентах по отношению ко всей массе торфа). Зависимость между естественной влажностью торфа неосушенных болот и степенью разложения выражается следующими эмпирическими формулами: для верхового торфа

для низинного торфа

м; = 96 -0,14Я; м; = 95-0,20Л. Объемная масса торфа, г/см»,

Po6 = P/F,

где V - объем образца, см.

(4.15) (4.16)

(4.17) 125

Объегаая"масса в основном зависит от тина торфа, степени его разложения и влажности. Для верхового торфа

1,4Д

для низинного торфа

1,7R

•0,004Л-Ь0.06;

Роб. н= 1оо-ц;+Д ~ 0.005Л- 0.09.

(4.18)

(4.19)

Формулы (4.18) и (4.19) справедливы для торфов с естественной зольностью не более 5 (верховые) и 15% (низовые).

Плотность р торфа есть отношение массы абсолютно сухого торфа (твердая фаза) к его объему без пор.

р=>т/т,

(4.20)

где Ft - объем твердой фазы, см.

Плотность торфа в значительной степени определяется его типом и степенью разложения. Прп увеличении последней плотность уменьшается, так как при этой содержание битумов, обладающих низкой плотностью, возрастает. В значительной мере плотность торфа зависит от степени минерализации, степени уплотнения вышележап(ими слоя1га и т. д.

Пористость п есть отношение объема всех пор к общему объему торфа, %:

L-p(i-fWJ

100.

(4.21>

Пористость находится в тесной обратной зависимости от степени разложения торфа, т. е. чем выше степень ра.эложения, тем ниже пористость. Она также зависит и от ботанического состава торфа. Для иллюстрации в табл. 4.18 приведены результаты однократного определения пористости и других физико-механических характеристик яекеторых видов торфа*

ТАБЛИЦА 4.18

Физико-механические свойства торфа

Коэффициент пористости - отношение объема всех пор в торфе к объему твердой фазы

(4.22)

6=(f-Ft)/Ft = -(1-f ИО-1.

Влагоемкость - способность торфа впитывать и удерживать в себе определенное количество ВОДЫ", количественно соответствует максимальной абсолютной влаяшости W, выраженной в процентах; зависит от структурных особенностей торфа (пористости и раз.чера пор), его состава и степени разложения. Вследствие того что растительная ткань способна впитывать огромное количество воды, влагое5шость торфов во много раз больше, чем минеральных грунтов. Так, влагоемкость не разложившегося сфагнового торфа равна 3800% и более, в то время как даже для глинистых грунтов она равна 60 - 70%. При однородном ботаническом составе торфы низкой степени разложения отличаются более высокой влагоемкостью (табл. 4.19); с увеличением степени разложения влагоемкость падает. Пра одинаковой (примерно) crenenir разложения торфы моховой группы имеют большую влагоемкость, чем травянистые и древесные. Влагоемкость имеет практическое значение при определении степспи насыщеяности торфов водою.

ТАБЛИЦА 4.19

Ориентировочные показатели влагоемкоети торфов

Объемная усадка торфа р есть уменьшение его объема при высыхании Усадка зависит от первоначальных и конечных относительной влажности Шг) и объемной массы (Рюб, ргоб)"

Pi об (100 - Wi)

р2 об(100 -Шз)

100.

(4.23)

Более разложившиеся торфы имеют более значительную усадку (табл. 4.20), менее разложившиеся - меньшую. Пушицевглй торф верхового болота пред-craBvTfleT собой в этом отношении исключение ввиду чрезвычайно большой влагоемкоети верховых болот и большой амплитуды влажности торфа до и после сушки.

Водопроницаемость торфа характеризуется коэффициентом фильтрации (табл. 4.21). Для осушенной и иеосушеиной залежи этот коэффициент сильно колеблется в зависимости от степени разложения торфа, типа и строения залежи.

ТАБЛИЦА 4.20

Объемная усадка некоторых видов торфа (предельная)

ТАБЛИЦА 4.21

Ориентировочные значения коэффициента фильтрации (по А. Н. Ниценко)

Грунт

Коэффициент фильтрации, CM/ceit

Крупный и средний песок

Сфагновый очес, мелкий песок

Сфагновые, гииповыс, осоковые и тростниковые торфы слабой степени разложения; супеси и заиленные пески

Сфагновые, гипновые, осоковые и древесные торфы средней степени разложения; тростниковые торфы средней и высокой степени разложения; пушице-вые слабой и средней степени разложения; легкие суглинки

Сфагновые и пушицевые торфы высокой степени разложения, осоковые и древесные низинные торфы высокой и очень высокой степени разложения; древесные верховые торфы средней степени разложения; суглшгки

Сфагновые и пушицевые торфы очень высокой степени разложения; древесные верховые торфы высокой степени разложения; легкие глины

(14-10)-10-1 (14-10) •10- (l-rlO)-10-»

(l-f-lO)-lO-

(14-10)-Ю-б

(14-10)-10-« и меньше

Классификация болот применительно к трубопроводному строительству. Физико-механические свойства болот меняются со временем, приче.м даже по отдельным участкам одного и того же болота. Поэтому пеобходи.ма четкая классификация болот, особенно нри инженерных работах, когда торфяные грунты проектируются как основания сооружений. Для того что(5ы ответить на вопрос, как осуществить строительство и будет ли возведенное сооружение отвечать всем техническим требованиям нормальной эксплуатации, при изысканиях, проектировании и эксплуатации необходимо знать давление сооружения на основание, пределы возможных безаварийных дефорлиций сооружения и способность торфяного основания к восприятию временных или постоянных нагрузок.

При засыпке трубы торфяным грунтом для устойчивости требуется балластировка утяжеляющими груза.ми. Искусственно созданная отрицательная плавучесть прижимает газопровод ко дну траншеи. Значение отрицательной плавучести согласно СНиП 11-45-75 должно составлять 5% от массы вытесненной жидкости на 1 м трубы. Нетрудно подсчитать, что давление газопровода на торфяную залежь не будет превышать 0,002-0,005 нгс/см. Если

в траншею укладываютси нефте-, продуктопровод с балластировкой, то давление на основание не будет превышать 0,02-0,06 кгс/см, а при закреплении газопроводов анкерными устройствами - равно нулю. Давление на основание 0,05-0,06 кгс/см возникает в тех случаях, когда балластировку нефте-и нродуктопровода рассчитывают из условия опорожнения пх в период вксплуатации. Подробное изучение имеющейся отечественной научно-исследовательской и производственной литературы ноказываот, что несущая способность торфяного грунта превышает, как правило, 0,1 кгс/см-. Выпюиз-ложенное позволяет сделать вывод, подтверждаемый практикой строительства и эксплуатации переходов трубопроводов, что болота, целиком заполненные торфом любой степени разложения, могут служить основанием- для стальных магистральных трубопроводов.

Любая строительная классификация болот должна учитывать два основных положения: способ ведения работ и сохранение цельности сооружения на весь период эксплуатации. С одной стороны, вполне достаточно, чтобы основанием трубопровода служили торфяные грунты, целиком заполняющие болота до минерального дна. Это обеспечит цельность сооружения. С другой- классификация болот должна быть такова, чтобы при проектировании и строительстве -МОЖНО было определить способы ведения работ, а при эксплуатацми- возможность доступа к любой точке перехода. Поскольку нагрузка от строительной техники на торфяную залежь в 10-20 раз больше, чем от трубопровода, то в основу классификации болот должна быть положена их проходимость. Этот принцип был использован в классификации болот для трубопроводнвго строительства, предложенной в 1961 г. А. К. Дерцакяном и Б. Д. Макуровым [8]. В дальнейшем она стала назйваться «Классификация болот но Гипроспецгазу» и была официально зафиксирована в СНиП III- Д.10-72.

По проходимости болота делятся на три типа (табл. 4.22):

I тип - болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и неоднократное передвижение болотной техники с удельным давлением 0,2-0,3 кгс/см или проход обычной техники с помощью щитов, еланей либо дорог, обеспечивающих снижение удельного давления на поверхность залежи до 0,2 кгс/см2;

II тип - болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и передвижение строительной техники только е помощью щитов, еланей либо дорог, обеспечивающих снижение удельного давления на поверхность залежи до 0,1 кгс/см;

III тип - болота, заполненные растекающимся торфом и водой с плавающей торфяной коркой (сплавиной) и без сплавины, допускающие работу только специальной техники па понтонах или обычной техники с плавучих средств.

Классификация болот по проходимости строительной техники справедлива для незамерзших болот. В случае промерзания болота в зимний период независимо от типа болот их проходимость определяется расчетом но формулам:

для травяных болот

h = iVQ; (4.24)

для моховых и лесных болот

h = 5vq, (4.25)

где h - толщина промерзшего слоя, при котором возможна работа механизма, см; Q - масса строительного механизма в рабочем состоянии, т.

Открытые травяные болота промерзают равномерно, и поэтому несущая способность промерзшего слоя на таких болотах относительно высока. Моховые и лесные болота в силу неравномерного нро.мерзания (из-за кочек, пней, деревьев и кустарников) имеют меньшую несущую способность, тем более что поверхность залежи воспринимает нагрузку через кочки и пни, т. е. сосредоточенно, но отдельным участкам.

Проходимость болота определяется его мпкроландшафтом. Отнесение *П1кроландшафтов к тому или другому типу болот предложено еще в 40-31 гвдах специальной экспедицией Государственного гидрологического институт»

9 Заказ 15€

12»