содержание   ..   80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  ..

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО “ГАЗПРОМ”

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

МЕТОДИКА

РАСЧЕТА ГРАВИТАЦИОННЫХ ФУНДАМЕНТОВ ЛЕДОСТОЙКИХ СТАЦИОНАРНЫХ ПЛАТФОРМ

С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ КАК

НА ПЕРИОД ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЛАТФОРМЫ, ТАК И НА ПЕРИОД УСТАНОВКИ

СТО Газпром 2-3.7-30-2005

Издание официальное

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО “ГАЗПРОМ”

Общество с ограниченной ответственностью

“Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий – ВНИИГАЗ”

Общество с ограниченной ответственностью “Информационно-рекламный центр газовой промышленности”

Москва 2005

СТО Газпром 2-3.7-30-2005

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН

1. ВНЕСЕН

   
    

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ

   
    

3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Обществом с ограниченной ответственностью “Научноисследовательский институт природных газов и газовых технологий – “ВНИИГАЗ”

Управлением промысловой геологии и разработки морских месторождений Департамента по добыче газа, газового конденсата и нефти ОАО “Газпром”

Распоряжением ОАО “Газпром” от 25 апреля 2005 г. № 61 с 12 августа 2005 г.

© ОАО “Газпром”, 2005

© Разработка ООО “ВНИИГАЗ”, 2005

© Оформление ООО “ИРЦ Газпром”, 2005

Распространение настоящего стандарта осуществляется в соответствии с действующим законодательством и с соблюдением правил, установленных ОАО “Газпром”

II

СТО Газпром 2-3.7-30-2005

Содержание

Введение IV

1. Область применения 1

2. Термины, определения, обозначения и сокращения 1

3. Общие положения по расчету грунтовых оснований ЛСП 2

4. Расчет несущей способности основания

   и общей устойчивости ЛСП 4

5. Определение контактных напряжений 7

6. Расчет оснований по деформациям 8

7. Условия установки ЛСП 10

Библиография 15

III

СТО Газпром 2-3.7-30-2005

Введение

Необходимость разработки Методики расчета гравитационных фундаментов ледостойких стационарных платформ с определением напряженно-деформированного состояния грунтового основания как на период эксплуатации платформы, так и на период установки обосновывается остутствием соответствующей нормативной документации, учитывающей особенности конструкции ледостойких стационарных платформ (ЛСП) гравитационного типа с фундаментами ребристой конструкции, которые существенно улучшают условия взаимодействия фундамента с водонасыщенным грунтовым основанием и упрощают технологию установки платформ на естественное основание.

Методика составлена Д.А. Мирзоевым, С.И. Шибакиным, Д.А. Онищенко, С.Н. Хахалиной, Р.С. Шибакиным, Г.С. Земляковой.

IV

СТО Газпром 2-3.7-30-2005

• при наличии в основании сооружения наброски в виде каменной “постели” или “постели” из других материалов, имеющих прочностные характеристики, превышающие характеристики естественных грунтов основания, – по плоскостям, проходящим по контакту сооружения с “постелью” и “постели” с грунтом; при заглублении “постели” в грунт следует рассматривать также наклонные поверхности внутри “постели”;

• при наличии в основании горизонтальных или слабонаклонных слоев грунта – по плоскости, проходящей по поверхности раздела слоев грунта.

  1. Расчет устойчивости ЛСП по схемам смешанного и глубинного сдвига производят по СНиП 2.02.02-85*(пункты 3.9-3.12) [2] только для однородных грунтовых оснований.

     При неоднородном грунтовом основании допускается использование метода круглоцилиндрических поверхностей скольжения в соответствии со СНиП 2.02.02.-85* (приложение 8) [2].

  2. Переход от решений плоской задачи к пространственной производят для ЛСП

     

     

     1

     

     с соотношением сторон или при заглублении hp  3 исходя из следующих рекомендаций:

• при расчете методами, определяющими (или принимающими) расчетную поверхность разрушения – учетом сил трения и сцепления по боковым поверхностям сдвигающего массива; при этом давление на боковые поверхности принимают, как правило, равным давлению покоя, определяемому по СНиП 2.06.07-87 (пункт 3 приложения 9) [6];

• при расчете методами, использующими аналитические зависимости (например, по

трехчленной формуле К. Терцаги) – введением коэффициентов формы фундамента  , 

 q

c

и  , аналогичных коэффициентам формы по СНиП 2.02.01 83* (пункт 2.62) [1] и определяемых по формулам:

 1 0,25k ( b / l ) 

 ,

(4.5)

q c 1 0,3k ( b / l )



где k

– коэффициент, определяемый из выражений:





k  1  tg 

0

tg 

При   

При    ,

(4.6)

 – обозначение то же, что в 3.2;

b, l – обозначения те же, что в 4.5;

 – угол наклона к вертикали равнодействующей нагрузки, град.

1. В случае, если расчетная сдвигающая сила F приложена с эксцентриситетом в

   f

    

   плоскости подошвы e

     lb, расчет устойчивости ЛСП с поворотом в плане следует вы-

   полнять в соответствии со СНиП 2.02.02-85* (пункт 3.8 приложения 6) [2].

   
    

   6

   СТО Газпром 2-3.7-30-2005

   
    

   
    

2. Расчет устойчивости на опрокидывание целесообразно проводить для скальных и полускальных оснований, а также для нескальных оснований с модулем деформации E  50 МПа.

   t

    

   Расчет на опрокидывание производят по формуле (4.1), где F = M – сумма моментов сил, опрокидывающих сооружение;

   r

    

   R = M

   – сумма моментов сил, удерживающих сооружение;

   k

    

   fn

    

   – обозначение то же, что в 4.1;

   с

    

   где  – коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,00.

   При расчете на опрокидывание следует рассматривать расчетную схему с поворотом вокруг низовой грани ЛСП, а также в соответствии со СНиП 2.02.02-85* (пункт 3.20) [2] – опрокидывание с возможностью нарушения прочности (смятия) основания в зоне низовой грани ЛСП.

3. Для нескальных оснований расчет на опрокидывание заменяют на ограничение эксцентриситета приложения равнодействующей всех нагрузок, действующих на ЛСП (боковое давление грунта с верховой и низовой граней ЛСП не учитывается), исходя из условия

  

e f efn

c ,

 lc  n

(4.7)

f

где e – эксцентриситет приложения равнодействующей всех нагрузок;

e

fn

– предельно допустимое значение эксцентриситета, которое определяется из недопу-

щения отрыва подошвы платформы от основания на участке, превышающем 0,25 b (b – размер подошвы ЛСП в направлении действия сдвигающей нагрузки), исходя из простейшей

fn

контактной модели основания e

= b/4;

 , 

и  – обозначения те же, что в 4.2.

c lc n

1. Определение контактных напряжений

   
    

   1. Контактные напряжения (нормальные и касательные напряжения по контакту “сооружение – основание” и по расчетной поверхности сдвига при наличии в фундаментной части заглубленных ребристых элементов) необходимо определять для использования их в расчетах прочности конструкций фундаментной части сооружения, а также в расчетах оснований по несущей способности и деформациям.

      При определении контактных напряжений необходимо учитывать конструктивные особенности фундамента, последовательность возведения ЛСП и вид основания.

   2. Для ЛСП гравитационного типа контактные напряжения следует определять методами механики сплошной среды (линейной и нелинейной) теории упругости и теории

      
       

      7

      СТО Газпром 2-3.7-30-2005

      
       

      
       

      пластичности. На начальных стадиях проектных работ допускается использовать метод внецентренного сжатия согласно СНиП 2.02.02-85* (приложение 9) [2].

   3. При получении на участке подошвы фундамента касательных напряжений, превышающих предельные и определяемых по формуле

      
       

      lim  

      tg  C ,

      (5.1)

      lim

       

      где 

      • предельные касательные напряжения по подошве фундамента;

         , С – обозначения те же, что в 3.3, они должны быть приняты равными предельным, а на остальных участках должны быть пересчитаны.

   4. При наличии неровностей на поверхности морского дна или линз грунта с более высокими прочностными характеристиками нормальные контактные напряжения следует определять методами нелинейной теории упругости или теории пластичности.

2. Расчет оснований по деформациям

   
    

   1. Расчет оснований ЛСП гравитационного типа по деформациям производят с целью ограничения абсолютных или относительных перемещений пределами, гарантирующими нормальную эксплуатацию ЛСП в целом или ее отдельных частей и обеспечивающими требуемую надежность и долговечность. При этом прочность и трещиностойкость конструкции подтверждается расчетом с учетом усилий, возникающих при взаимодействии ЛСП с основанием.

      При проектировании нескольких близкорасположенных сооружений или вблизи от существующего необходимо определять деформации с учетом их взаимного влияния.

   2. Расчет по деформациям производят исходя из условия

      
       

      u

       

      S < S , (6.1)

      
       

      где S – совместная деформация основания и сооружения (осадка – s, горизонтальное смещение – u, крен – i и др.), определяемая расчетом, м;

      S

       

      u

       

      – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, м.

   3. Предельные значения совместной деформации устанавливаются соответствующими

      нормами проектирования сооружений, правилами технической эксплуатации ЛСП и оборудования или техническим заданием на проектирование исходя из необходимости соблюдения:

      • технологических требований к деформациям ЛСП, включая требования к нормальной эксплуатации оборудования – для расчетов по второй группе предельных состояний;

      • требований к прочности и устойчивости конструкций, включая общую устойчивость ЛСП – для расчетов по первой и второй группам предельных состояний.

        
         

        8

        СТО Газпром 2-3.7-30-2005

        
         

        
         

   4. Расчет совместных деформаций системы “сооружение – основание” следует производить с учетом наиболее существенных факторов, определяющих НДС основания и конструкции: статической схемы ЛСП, особенностей ее возведения, неоднородности грунтового основания, пластических и реологических свойств грунтов, возможности их изменения в процессе строительства и эксплуатации ЛСП и т.д.

      Рекомендуется использовать апробированные нелинейные модели механики сплошных сред, реализованные численным методом – МКЭ – на основании специализированных программ для ЭВМ, основные классы которых представляют:

      • модели нелинейной упругости, в том числе гиперболическая модель;

      • упругопластические модели на основе деформационной теории пластичности;

      • упругопластические модели на основе моделей пластического течения;

      • упруговязкие и вязкопластические модели.

   5. Для решения отдельных задач взаимодействия ЛСП с грунтом (например, для определения контактных давлений, осадок и др. вопросов) на ранних стадиях проектирования, а также при специальном обосновании допускается использование упрощенных моделей и методов, таких как:

      • нелинейные контактные и комбинированные модели;

      • модели линейно деформированного полупространства и слоя.

   6. Деформационные расчеты системы “сооружение – основание” следует производить для условий пространственной задачи. Для ЛСП с соотношением сторон l/b > 3 допускается выполнять расчеты для условий плоской деформации.

      При обосновании допускается производить переход от решений в плоской постановке к пространственной, используя соответствующие расчеты на основе линейно деформированных моделей грунта.

      v

       

   7. При расчете оснований по деформациям для грунтов всех категорий следует определять конечные (стабилизированные) перемещения, а для глинистых грунтов, при необходимости, величины нестабилизированных перемещений, соответствующие незавершенному процессу деформирования (при коэффициенте степени консолидации co < 4) и переме-

      щения, обусловленные ползучестью грунтов.

   8. На предварительных стадиях проектирования, а также при соответствующем обосновании основные параметры деформирования ЛСП (осадка, крен, горизонтальное смещение) допускается определять по СНиП 2.02.02-85* [2]:

      • конечная осадка – пункты 7.7-7.9;

      • нестабилизированная осадка – пункт 7.10;

      
       

      9

      СТО Газпром 2-3.7-30-2005

      
       

      
       

      • крен (наклон) – пункты 7.1-7.13;

      • горизонтальное смещение – пункты 7.14-7.16.

   9. Контактные напряжения (нормальные и касательные), необходимые для расчетов фундаментной части ЛСП, следует определять с учетом основных факторов и с использованием методов, указанных в 5.2 и 5.4.

      При расчете контактных напряжений следует учитывать микрорельеф поверхности грунта, возможность присутствия крупных включений из валунов, вероятность размыва дна под частью подошвы ЛСП, условия цементации контактной зоны и т.п.

      
       

3. Условия установки ЛСП

   
    

   1. Требования по взаимодействию ЛСП с грунтовым основанием при установке и снятии зависят от конструкции фундаментной части платформы, условий ее транспортировки, погружения, фиксации на точке, балластировки и дебалластировки и определяются в техническом задании на проектирование. При этом должны быть:

      • соблюдены условия установки платформы в проектное положение;

      • обеспечена прочность фундаментных конструкций на всех этапах установки;

      • исключено разрушение грунтового основания при установке;

      • обеспечены отрыв и всплытие ЛСП при снятии с площадки.

   2. Одним из условий установки платформы в проектное положение является требование погружения в грунт всех элементов фундамента, расположенных ниже подошвы ЛСП: ребристых элементов, штырей фиксаторов и т.п., что обеспечивается соблюдением условия

      

      P  1,25,

      Rp

      (7.1)

      
       

      где P – расчетная нагрузка от веса платформы, передаваемая на основание в период установки, МН;

      R

       

      p

       

      • суммарное сопротивление задавливанию всех заглубленных элементов фундамент-

        ной части платформы, МН.

        p

         

   3. Суммарное сопротивление задавливанию R

      
       

      определяется при расчетных харак-

      теристиках (при доверительной вероятности  = 0,95 и верхнем пределе значений характе-

      p

       

      ристик) грунтового основания – как “наиболее вероятное” значение R

      и при нормативных –

      p

       

      как “наивысшее ожидаемое” значение R . При этом “наиболее вероятное” значение сопротивления используют для разработки программы установки ЛСП на точку, а “наивысшее ожидаемое” – для определения максимальных запасов балластировки платформы в период ее установки.

      
       

      10

      СТО Газпром 2-3.7-30-2005

      
       

      
       

   4. Усилие задавливания заглубленных элементов независимо от их конструкции определяют по результатам контрольных погружений фрагментов на площадке установки платформы или на опытных площадках в аналогичных грунтовых условиях. При этом количество испытаний должно быть не менее 6, а расчетные значения сил сопротивления задавливанию рассчитывают в соответствии с 7.7.

   5. Методика расчета сил сопротивления задавливанию распространяется на металлические, железобетонные и комбинированные ребристые заглубленные элементы фундаментов плоской и клинообразной формы при соотношении сторон исходя из условия

      р

       

      h / b

       15, (7.2)

      
       

      где h – глубина погружения ребристого элемента, м;

      b

       

      p

       

      • толщина лобовой поверхности ребристого элемента, м.

   6. В общем случае суммарную величину сил сопротивления грунта задавливанию реб-

      р

       

      ристых элементов фундамента R

      вычисляют по формуле

      
       

      R = l R

      , (7.3)

      р h oh

      
       

      h

       

      где l

      R

      – суммарная длина в плане заглубленных элементов ребристой конструкции высотой h, м;

      – силы сопротивления задавливанию 1 пог. м плоского ребристого элемента на глуби-

      oh

      ну h, МН/м;

      R

       

      р

       

      – обозначение то же, что в 7.2.

   7. Величина сил сопротивления задавливанию 1 пог. м плоского ребристого элемента

      R

       

      oh

       

      реализуется в виде суммы контактных напряжений по лобовой поверхности с равнодей-

      ствующей q , МН/м, и по боковой поверхности с равнодействующей q , МН/м, (именуемых

      л б

      далее удельными сопротивлениями грунта) и вычисляется по формуле

      
       

      R =  q

      +  q , (7.4)

      oh л л б б

      
       

      л

       

      где 

      – коэффициент надежности по нагрузке по лобовой поверхности ребристого элемента,

      л

       

      принимаемый 

      = 1,1;

      

       

      б

       

      – коэффициент надежности по нагрузке по боковой поверхности ребристого элемен-

      б

       

      та, принимаемый 

      = 1,2 ;

      q , q

      – удельные сопротивления грунта по лобовой и боковой поверхностям 1 пог. м реб-

      л б

      ристого элемента, МН/м (см. 7.8, 7.9 и 7.10).

      
       

      
       

      11

      СТО Газпром 2-3.7-30-2005

      
       

      
       

      л

       

   8. Удельное сопротивление i-го слоя грунта по лобовой поверхности 1 пог. м ребристого элемента q , МН/м, вычисляют по формуле

      
       

      q л  b

      

      p  C ctg

      

      

       

      л

       

        h  C ctq л e2  tq л ,

      (7.5)

      
       

      р

       

      где b

      

      и h – обозначения те же, что в 7.2;

      1 sin л 

      ’, С – нормативные значения физико-механических характеристик грунта (соответственно удельный вес и удельное сцепление);

      

       

      л

       

      – угол контактного трения по лобовой поверхности, град., вычисляемый по формуле

      
       

      

       

      л

       

      =  2, (7.6)

      
       

      где  – нормативное значение угла внутреннего трения грунта, град.;

       – параметр, определяющий размер (угол раскрытия) призмы выпора, рад, вычисляемый по формуле

      

      

        5      ,

      (7.7)

      4 2

      
       

      где  – угол раскрытия клина (для клинообразного ребристого элемента), рад; для плоского ребристого элемента  = 0 рад;

       – угол наклона зоны Ренкина к боковой поверхности ребристого элемента, рад, вычис-

      ляемый по формуле

      

        (  2л ) .

      3

      (7.8)

       – нормативное значение угла внутреннего трения грунта, рад.

      б

       

   9. Удельное сопротивление грунта по боковой поверхности 1 пог. м плоского ребристого элемента, заглубляемого в многослойное основание qпл., МН/м, вычисляют по формуле

      пл n '

      q б  2  K m ,i (i Z i hi oh,i tg i  C i hi ),

      i 1

      (7.9)

      
       

      где n – количество слоев грунта многослойного основания;

      ’,  и C

      – нормативные значения физико-механических характеристик i-го слоя грунта

      i i i

      основания;

      i

       

      Z – координата середины эпюры нормального давления i-го слоя грунта, м;

      i

       

      h – толщина (мощность) i-го слоя грунта, м;

      
       

      12

      СТО Газпром 2-3.7-30-2005

      
       

      
       

      

       

      oh, i

      
       

      – горизонтальная составляющая коэффициента бокового давления покоя для i-го

      слоя грунта, вычисляемая по формуле

      
       

      

      

       

      oh ,i  i ,

      
       

      (7.10)

      
       

      i

       

      где 

      1  i

      • коэффициент Пуассона для i-го слоя грунта;

        
         

        К

         

        m,I

      • коэффициент условий работы боковой поверхности плоского ребристого элемен-

      та для i-го слоя грунта, принимаемый согласно данным таблицы 1.

      
       

      m,i

       

      Таблица 1 – Значения коэффициента К

      
       

      Наименование грунта	Значение коэффициента Кm,i
      Грунт плотный	1,00
      Грунт средней плотности	1,15
      Грунт рыхлый	1,30

      
       

   10. Удельное сопротивление грунта по боковой поверхности 1 пог. м клинообразного реб-

б .

ристого элемента, заглубляемого в многослойное основание qкл

, МН/м, вычисляют по формуле

кл кл n n

q б  2 (tg ср  tq) 

i 1

i

h

n ,i

•  C i h i cos ],

i 1

(7.11)

ср

где кл

– средний по глубине задавливания угол контактного трения для многослойного ос-

нования, град., вычисляемый по формуле

n

 i h i

(7.12)

кл  i 1 ,

ср n

 h i i 1



n,i

– горизонтальное давление i-го слоя грунта на боковую поверхность клинообразного

ребристого элемента, МПа;

h ,  , C

– обозначения те же, что в 7.9;

i i i

 – угол раскрытия клина, град.

7.11. Горизонтальное давление i-го слоя грунта на боковую поверхность клинообраз-

ного ребристого элемента, заглубляемого в многослойное основание 

по формуле

n,i

, МПа, вычисляют

K U

п,i

i

 ' hz ,

 o,i i ,

i

[1  (

K o,i U i )m

пр ,i

]1/ m

(7.13)

i

где ’ – обозначение то же, что в 7.9;

h

z,i

– глубина погружения середины i-го слоя от поверхности грунта, м;

13

СТО Газпром 2-3.7-30-2005

К

o,i

– начальный коэффициент горизонтального отпора i-го слоя грунта на глубине h

,

z,i

вычисляемый в соответствии со СНиП 2.02.03-85 [7] по формуле

К

o,i

i

= К h

z,i

, (7.14)

i

где К

– коэффициент пропорциональности для i-го слоя грунта и принимаемый по

СНиП 2.02.03-85 (таблица 1 приложения 1) [7];

i

U – горизонтальное перемещение i-го слоя грунта, м, на глубине h

формуле

z,i

, вычисляемое по

i

U = (Hкл. h

z,i

) tg , (7.15)

где Hкл. – полная высота наклонной поверхности клинообразного ребристого элемента, м;

 – обозначение то же, что в 7.11;



пр,i

– предельное горизонтальное давление i-го слоя грунта на боковую поверхность кли-

нообразного ребристого элемента на глубине h

СНиП 2.06.07-87 [6];

m – показатель степени, принимаемый: для песчаных грунтов – m = 2,0; для глинистых грунтов – m = 2,5.

z,i

, МПа, определяемое в соответствии со

1. Усилие задавливания для заглубленных элементов фундамента плоской и клино-

   р

    

   образной формы с соотношением сторон h

   р

    

   / b  15 допускается определять с использовани-

   ем методов теории предельного равновесия.

2. Усилие задавливания штырей-фиксаторов определяется по рекомендациям для расчета несущей способности свай с открытым нижним концом согласно СНиП 2.02.03-85 [7].

14

СТО Газпром 2-3.7-30-2005

Библиография

[1] Строительные нормы и правила Российской Федерации

СНиП 2.02.01-83*

[2] Строительные нормы и правила Российской Федерации

СНиП 2.02.02-85*

[3] Строительные нормы и правила Российской Федерации

СНиП II-7-81*

Основания зданий и сооружений

Основания гидротехнических сооружений

Строительство в сейсмических условиях

[4] Федоровский В.Г., Курилло С.В. Метод переменной степени мобилизации сопротивления сдвигу для расчетов прочности грунтовых массивов. Основания, фундаменты и механика грунтов. – М., 1998. – № 4.

[5] Федоровский В.Г., Курилло С.В. Метод расчета устойчивости откосов и склонов. – М.: Геоэкология, 1997. – № 6.

[6] Строительные нормы и правила Российской Федерации

СНиП 2.06.07-87

[7] Строительные нормы и правила Российской Федерации

СНиП 2.02.03-85

Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения

Свайные фундаменты

15

СТО Газпром 2-3.7-30-2005

ОКС 75.020

Ключевые слова: период установки, период эксплуатации платформы, грунтовое основание платформы, напряженно-деформированное состояние, расчет гравитационных фундаментов

16