Фундамент буровой установки это

Обновлено: 03.05.2024

Одной из наиболее сложных задач при возведении капитальных фундаментов для тяжелых конструкций является устройство буронабивных свай в зимнее время. Мало того что сама технология содержит огромное количество тонкостей, так еще и механические свойства грунта при понижении температуры меняются достаточно сильно.

Буронабивная технология

Особенности применения свай

Наряду с широко распространенными забивными и винтовыми опорами в качестве основания для фундаментов сегодня используются так называемые буронабивные сваи.

Обусловленные оригинальной конструкцией высочайшие механические характеристики подобных свай дают возможность применять их для самых тяжелых конструкций.

Буронабивная свая представляет собой ствол из армированного бетона, заглубленный в толщу грунта.
Благодаря тому, что бетон застывает непосредственно в почве, качество сцепления боковой поверхности сваи с грунтовым основанием многократно возрастает.
Габариты буронабивных конструкций могут быть весьма внушительными: встречаются опоры глубиной до 40 метров и диаметром до 1,5 м. Естественно, используются они для оборудования максимально надежных фундаментов.

Наряду с высочайшей несущей способностью к достоинствам буронабивной технологии относится возможность применения опор данного типа в сложных почвах, отличающихся неравномерной плотностью. Конечно, желательно, чтобы пята сваи опиралась на скальное основание, но подобная конструкция отлично ведет себя и в насыпных, и в увлажненных грунтах.

Обратите внимание!
Если малосжимаемое грунтовое основание залегает глубоко, и установить на нем сваю не представляется возможным, то в нижней части поры делается расширение.
За счет этого давление на пяту снижается, и свая вполне приемлемо удерживается в слабом грунте.

Основные операции

Технология устройства буронабивных свай будет подробно описана в следующем разделе.

Следует отметить, что для каждой ситуации существуют свои нюансы, но общая схема возведения остается неизменной:

Фундаментом называется подземное сооружение, которое воспринимает нагрузку от наземных частей буровой установки и передаёт её на грунты. Верхняя часть фундамента служит опорой для оснований бурового оборудования.

Под буровые вышки и оборудование фундаменты в основном сооружают нескольких типов (рис. 5.5):

а – бетонные, бутобетонные; б, в – бетонные или железобетонные блоки на песчаной подушке; г – деревянные брусья на песчаной подушке; д – деревянные брусья на бетонном блоке; е – свайные '

Рис. 5.5 – Типы фундаментов

Бетонные или бутобетонные фундаменты изготовляют в основном для глубоких скважин с большой продолжительностью бурения. Монолитные бетонные фундаменты (а) имеют лучшее взаимодействие с грунтами, в связи с чем образуются меньшие просадки оснований в процессе работы. Фундаменты могут быть равносторонними (столбчатыми) или ленточными, Для бетонных фундаментов в грунте роют соответствующие котлованы или траншеи и в них заливают бетонную смесь. Эти фундаменты в изготовлении наиболее трудоемкие и дорогостоящие из-за их однократного использования.

Наиболее экономичны фундаменты из готовых бетонных или железобетонных блоков (б, в), которые можно использовать многократно. Для таких фундаментов роют котлован, в который насыпают песчаную подушку и на нее укладывают соответствующие фундаментные блоки. Для извлечения блоков при помощи крана они имеют специальные петли из пруткового железа. При глубине заложения фундаментов больше высоты бетонных блоков фундамент можно выполнять, в комбинации с деревянными (д).

Из деревянных брусьев фундаменты (г) делают для бурения скважин небольшой глубины, в плотных устойчивых грунтах. Под брусья роют небольшие углубления в грунте и насыпают песчаную подушку.

Песчаная подушка во всех случаях служит для выравнивания основания, ее делают из крупных и средней крупности песков, песок отсыпают слоями с уплотнением укаткой или трамбованием.

На неустойчивых и пластично-мерзлых грунтах фундаменты обычно делают на сваях (е).

Основания буровых установок устанавливают на те или иные фундаменты в зависимости от глубины бурения, конкретных геологических и климатических условий района бурения.

Буровые установки комплектуются металлическими основаниями, которые предназначены для размещения и крепления на них оборудования. Основания выполняют функцию несущих конструкций при эксплуатации оборудования, а также обеспечивают транспортировку собранного в блоки оборудования на специальных транспортных средствах.

Основные параметры оснований:

- грузоподъемность при эксплуатации,

- высота пола над уровнем земли,

- грузоподъёмность платформы при транспортировке блоков оборудования,

- размеры транспортной колеи тяжеловозов,

- монтажеспособность (расчленение на отдельные секции для транспортировки).

Опасными для прочности основания могут быть три случая нагружения:

- на подсвечнике полный комплект свечей весом G_с; крюк нагружен минимальной нагрузкой Р_к, ветровая нагрузка мала. На ногу вышки действует нагрузка от ее веса G_в, на основании смонтировано оборудование (ротор, буровые ключи, лебедка и т.д.) весом G_об.

- на подсвечнике полный комплект свечей весом G_с; на ротор установлена обсадная колонна максимального веса G_к, на вышку действует ветровая нагрузка, G_к принимается равной (1,7…2,2) G_с.

- основание транспортируется с комплектом смонтированного на нем оборудования.

В зависимости от способа монтажа буровых установок основания разделяются на: крупноблочные, мелкоблочные и комбинированные.

Большинство оснований заводского изготовления представляют собой пространственную металлоконструкцию. Габаритные размеры узлов оснований позволяют перевозить их к месту монтажа железнодорожным и автомобильным транспортом. При первом монтаже буровой установки фермы и секции собирают в единые крупноблочные основания.

Основания изготовляют обычно из профильного проката (швеллеров, двутавров, угольников), листовой стали и труб. Все основные несущие узлы собирают в единые основания отдельных блоков с помощью различных крепежных элементов. Кроме болтовых соединений для этой цели используют пальцевые и специальные быстроразъемные соединения на хомутах.

Число и размеры оснований блоков зависят от типа буровой установки, массы устанавливаемого на них оборудования и способа транспортировки в сборе.

Серийно выпускаемые буровые установки различных классов обычно комплектуют 3÷4-мя крупноблочными основаниями под основное оборудование: вышечно-лебедочным, силовым (приводным), насосным, циркуляционной системы.

Для вспомогательного оборудования применяют обычно мелкоблочные санные основания.

Крупноблочное основание вышечно-лебедочного блока представлено на рис. 5.1. На верхней площадке основания монтируют ротор, буровой ключ, подсвечники, вспомогательную лебедку и пульт бурильщика. В нижней задней части основания – лебёдка и электропривод. т.

1 – опоры; 2 – откидные стойки; 3, 8 – кронштейны; 4 – опоры под мачтовую вышку; 5 – вертикальные фермы; 6 – верхние рамы; 7 – платформа

Рис. 5.1 – Основание вышечно-лебедочного блока установки БУ-2500ЭУ

Основание насосного блока представлено на рис. 5.2

1 – опоры; 2 – откидные опоры; 3 – платформа; 4 – кронштейны; 5 - поворотный кронштейн

Рис. 5.2 – Основание насосного блока установки БУ-2500ЭУ

На основании монтируют два насоса с электроприводом, пульт управления насосами, коммуникации, компрессор.

Основание энергоблока выполнено в виде жесткой рамы, на которой монтируют трансформатор, высоковольтное распределительное устройство, шкафы управления электродвигателями, панель магнитных пускателей и каркас укрытия.

Основание буровой установки БУ-2500ДГУ состоит из трех крупных блоков: вышечно-лебедочного, приводного и насосного. Вышечно-лебедочные и насосные основания аналогичны основаниям установки БУ-2500ЭУ. На основании приводного блока размещаются четыре дизельных секции, цепной редуктор, воздухосборники, компрессорная станция и укрытие. Основание имеет кронштейны для транспортировки блока на тяжеловозах.

Основание буровой установки БУ-4000ДГУ состоит из трех крупных блоков: вышечно-лебедочного, силового и насосного.

Вышечно-лебедочное основание представлено на рис. 5.3.

1 – балки-лонжероны; 2 - поперечная рама; 3 - продольные рамы; 4 - поперечная плоская ферма; 5 – поперечные рамы; 6 – опоры; 7 – опорные тумбы для крепления мачт вышки;

Рис. 5.3 – Основание вышечно-лебедочного блока установки БУ-4000ДГУ

Основания силового и насосного блоков находятся на одном уровне с лонжеронами вышечно-лебедочного блока.

Основание силового блока состоит из продольных балок, которые устанавливаются на опоры.

Конструкция основания насосного блока сходна с основанием силового блока.

Основания всех блоков при монтаже соединяются между собой специальными связями.

Серийно выпускается основание ОБ-53М (рис. 5.4), состоящее из двух крупноблочных оснований вышко-лебёдочного и приводного блоков. Их конструкция предусматривает крупноблочное транспортирование, как на тяжеловозах, так и волоком на небольшие расстояния. Основания имеют общую отметку пола 4,1 м.

1 - кронштейн с поворотной опорой; 2 – основные фермы; 3 – кронштейны для подъемника; 4 – опорные фермы; 5 – подроторные балки; 6 - арки каркаса укрытия; 7 – ферма опорная; 8 - верхняя ферма; 9 – шаровая опора

Рис. 5.4 – Основание типа ОБ-53М

На базе серийно выпускаемого основания ОБ-53М разработано основание БС-3 трехъярусной конструкции, увеличенное по высоте для монтажа противовыбросового оборудования по любой схеме. В качестве третьего яруса применяется подставка, состоящая из фермы и саней общей высотой 2,5 м, в результате чего высота пола буровой составляет 6,5 м.

На основании вышечно-лебедочного блока монтируют буровую вышку ВБ-53-320 башенного типа, лебедку, ротор, буровой ключ и подсвечники, а на основании силового блока — трехдизельный привод с коробкой перемены передач и каркас укрытия.

Основания буровых установок БУ-5000 с дизельным и электрическим приводом однотипны по конструкции. Характерная их особенность состоит в том, что вышечно-лебедочный блок выполнен двухъярусным. На верхнем ярусе на отметке 6,2—7 м расположена рабочая площадка, на которой установлены ротор, подсвечники, буровой ключ, вспомогательная лебедка и пульт бурильщика. На нижнем ярусе блока с отметкой 2,6 м смонтирована лебедка и привод лебедки и ротора (в установках с электроприводом). На уровне нижнего яруса расположены привод лебедки и ротора (в установках с дизельным приводом), рабочие площадки насосного и энергетических блоков с установленным на них оборудованием.

Расположение лебедки на нижнем ярусе снижает трудоемкость ее монтажа, уменьшает массу основания блока и упрощает кинематику группового привода. Индивидуальный привод насосов позволяет значительно снизить высоту насосного блока и массу его основания.

В отечественном мостостроении буровые сваи были впервые применены на строительстве Ленинградского моста через р. Иртыш в г. Омске (1954 - 1959 гг.). Методы разработки и извлечения грунта при бурении скважины последние пять десятилетий непрерывно совершенствовались, обновлялись буровые станки и буровые машины.

В отечественной практике ширикое распространение получил способ разработки скважин под избыточным давлением воды или глинистого раствора. С применением этой технологии изготовливают вертикальные и наклонные буровые сваи с уширенной пятой.

Избыточное давление воды применяют в глинистых и водонасыщенных песчаных грунтах. Этот способ требует постоянного поддержания в скважине воды на 3…5 м выше уровня грунтовых или поверхностных вод. Дополнительные сложности возникают при работе в зимний период и в условиях превышения расхода воды над её дебитом.

Крепление стенок скважины глинистым раствором применяют в тех случаях, когда невозможно использовать воду. Имея повышенный по сравнению с водой удельный вес (1,0…1,5 т/м 3 ), глинистый раствор своим гидростатическим давлением препятствует перемещению грунта внутрь скважины. Глинистый раствор образует на стенах скважины фильтрационную корку, обладающую пониженной проницаемостью. Для изготовления глинистого раствора используют бентонитовую глину. Для предотвращения обрушения грунта в верхней части скважины применяют инвентарный патрубок длиной около 3 м.

В зарубежной практике приоритет был отдан способу разработки грунта под защитой обсадных труб. Первые шаги в освоении способа разработки грунта под защитой обсадных труб грейфером ударного действия сделала французская фирма «Беното». Механизмы погружения (извлечения) обсадных труб аналогичные используемым в агрегатах «Беното» применяются в настоящее время в агрегатах фирм «Като», «Бауэр», «Казаграндэ» и др. Практикой доказано, что применение извлекаемых инвентарных обсадных труб экономически и технологически наиболее целесообразно.

Буровые сваи в зависимости от способа изготовления имеют много разновидностей, но всем им присущ основной процесс – бурение скважин. В практике отечественного мостостроения для фундаментов мостов в основном используют:

· буронабивные сваи – железобетонные элементы диаметром 0,6…1,7 м без уширения и с уширенной пятой до 3,5 м, бетонируемые непосредственно в скважинах (см. рис.);

· сваи-столбы – железобетонные цилиндрические или призматические сваи сплошного сечения, погруженные в предварительно пробуренные скважины с последующим омоноличиванием зазора между стенкой скважины и железобетонным элементом цементно-песчаным раствором. Применяются в фундаментах малых и средних мостов диаметром до 0,8 м и длиной до 17 м (см. рис.).

· бурообсадные сваи – разновидность буронабивных свай, отличается тем, что их боковая поверхность в пределах верхней части обсажена (закрыта) железобетонной или стальной оболочкой. Подобная защита необходима, например, в условиях, когда сваи попадают в зону воздействия перемещающихся песчаных, гравийно-галечных и галечно-валунных отложений (см. рис.).

· Сваи комбинированной конструкции – применяют в безростверковых опорах, когда буровую сваю в нижней части фундамента наращивают предварительно изготовленными железобетонными столбами с устройством жёсткого соединения между ними (см. рис.).

Подошва буровых свай или их уширений размещается, как правило, с заглублением не менее 1 м в высокопрочные и не менее 2 м в грунты средней прочности при глубине до 50 м.

До начала работ по устройству буронабивных свай фундамента должны быть выполнены следующие подготовительные работы:

· Планировка рабочей площадки

· Разбивка и закрепление осей опоры и каждой сваи отдельно

· Перебазировка кранового, бурового и бетонолитного оборудования к месту изготовления свай

· Устройство электроосвещения для осмотра скважины и возможности производства работ круглосуточно

Технологическая последовательность устройства буровой сваи установкой «Като» с применением обсадной трубы следующая:

· Укладка по осям скважины инвентарной опорной плиты для буровой установки;

· Перемещение буровой установки с наводкой на ось скважины, установка её в горизонтальное положение на выносных опорах;

· Установка ножевой секции обсадной трубы;

· Бурение скважины с разработкой грунта грейфером и опережающим погружением обсадной трубы не менее чем на 2 м. При проходке скальных пород применяют ударное долото, шарошечное долото или турборуб;

· Очистка забоя с помощью желонки;

· Установка арматурного каркаса в скважину;

· Сборка и опускание бетонолитной трубы;

· Укладка бетонной смеси в скважину методом вертикально перемещающейся трубы с периодическим извлечением обсадной трубы.

Рис. Сооружение буронабивных столбов

1 – погружение обсадной трубы и разработка грунта в скважине грейфером, 2 – наращивание обсадной трубы, 3 – бурение скальной породы турбобуром и погружение обсадной трубы, 4 – погружение и соединение секций арматурного каркаса, 5 – бетонирование столба с помощью бетонолитной трубы и извлечение обсадной трубы.

А – растительный слой, Б – песок, В – гравийно-галечниковый грунт с валунами, Г – выветрелая скала, Д – слабовыветрелая скала.

В установках, реализующих вращательное бурение, разработку скважины выполняют соответствующим сменным оборудованием – ковшовым буром, колонковым буром, шнеком и т.д.

В зависимости от местных условий сооружение буровых свай может производиться с поверхности грунта или искусственных островков. В условиях глубокой воды на акватории, где экономически не целесообразно устройство искусственных островков организуют рабочие площадки на стационарных или плавучих подмостях. Стационарные подмости применяют при глубине воды до 5…6 м, особенно при неблагоприятном воздействии волновых процессов на бурение скважин с плавучих средств.

При сооружении столбов в разработанном котловане или при устройстве свай на акватории буровой станок может быть установлен на специальный рабочий мостик, опирающийся на конструкции ограждения (на шпунтовое ограждение, на бездонный ящик из понтонов и т.д.).

Скважины бетонируют методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). Укладку бетонной смеси ведут непрерывно, через одну бетонолитную трубу, расположенную по оси скважины. Бетонная смесь подаётся в бетонолитную трубу через накопительный бункер непосредственно из автобетоносмесителя или перегрузочной бадьи. Установку бетонолитной трубы в скважину перед бетонированием следует производить так, чтобы нижний конец был расположен выше забоя скважины на 20…25 см (начальное положение). В процессе бетонирования бетонолитная труба должна находиться в бетона на глубине 2…4 м. Скорость выхода бетонной смеси регулируют за счёт поднятия (опускания) бетонолитной трубы.

Бетонная смесь во время укладки в скважину должна иметь подвижность, соответствующую осадке конуса 16…20 см. Для изготовления смеси рекомендуется применять пластифицирующие добавки и замедлители схватывания.

В зимних условиях бетонную смесь следует подавать подогретой так, чтобы её температура в скважине в момент укладки была не менее +5 0 С. При температуре воздуха ниже -20 0 С рекомендуется обогревать приёмный бункер и верхнюю часть трубы при помощи, например, паровых рубашек или объемлющих тепляков.

В случае крепления скважины обсадной трубой ей в течение всего процесса бетонирования во избежание её засасывания необходимо придавать постоянное возвратно-поступательное движение.

Бетонная смесь, уложенная в пределах верхних 3 м буронабивных свай, должна быть тщательно уплотнена глубинными вибраторами. Высота забетонированной сваи методом ВПТ должна превышать проектную при бетонировании в воде – на 1..2%, но не менее 30 см, при бетонировании под глинистым раствором – на 3…5%, но не менее 1 м. образовавшийся слой слабого бетона в верхней части сваи следует удалить до проектной отметки верха сваи в плите ростверка.

Основание буровых установок представляет собой металлическое сооружение высотой от 3 до 8 5 м, состоящее из отдельных сварных блоков, стыкуемых между собой болтами, стяжками и другими быстроразъемными соединениями. [1]

Основания буровых установок состоят из вышечного, лебедочного и энергетического блоков, блоков для размещения подсвечников и оборудования для приготовления растворов. Нижний ярус состоит из основных продольных 6 и поперечных 2 балок. К поперечным балкам 2, опирающимся на грунт, приварены кронштейны 5, служащие опорами мачтовой вышки, и опоры 3 для подкосов, удерживающих вышку в вертикальном положении. На нижнем ярусе установлены буровая лебедка, привод ротора, механизм крепления талевого каната и др. К балкам 2 присоединены несущие колонны верхнего яруса. На рабочей площадке 4 верхнего яруса размещены подсвечники, ротор, вспомогательная лебедка, ключ АКБ и пульт бурильщика. Рама рабочей площадки сварной конструкции состоит из двух продольных балок для установки подсвечника и двух подроторных балок. [2]

Основания буровых установок представляют собой стальные металлоконструкции, под которые сооружают фундамент из брусьев или железобетонных плит. В некоторых случаях фундаментом являются сани, выполненные из отработанных бурильных труб. При блочном методе монтажа буровая установка перевозится крупными или мелкими блоками автомобильным, железнодорожным или воздушным транспортом. [3]

Основание буровой установки в зависимости от размещенного на нем оборудования подразделяют на блоки. [4]

Основания буровых установок БУ4000ЭУ, БУ5000ДГУ - 1, БУ5000ЭУ, Уралмаш 2003 - IV аналогичны рассмотренным выше. [5]

Основания буровой установки БУ3200 / 200 ДГУ-1М состоят из двух основных блоков: вышечно-лебедочного; насосно-приводного. [6]

Основания буровой установки БУ8000 / 500 ДЭР ( 6500 / 400 ДГ) состоят из двух основных блоков - вышечного и лебедочного. [8]

Основания буровых установок представляют собой комплекс металлоконструкций и предназначены для установки на них оборудования, агрегатов и механизмов с целью обеспечения удобной эксплуатации, снижения вредных вибраций, сокращения сроков монтажа и демонтажа. В зависимости от размещаемого на них оборудования основания разделяют на следующие блоки: вышечный, предназначенный для установки вышки и механизма крепления неподвижной ветви талевого каната; лебедочный; подсвечников; энергетический; насосный; элементов для приготовления буровых растворов. [10]

Основания буровых установок БУ4000ЭУ, БУ5000ДГУ - 1, БУ5000ЭУ, Уралмаш 2003 - IV аналогичны рассмотренным выше. [11]

Основание буровой установки оборудовано несущими консолями для транспортировки на тяжеловозах с куста на куст. [12]

Основания буровой установки должны предотвращать растепление и усадку пород за счет сохранения поверхностного покрова, отсыпки гравийной площадки, тепло - и гидроизоляции грунтов, устройства свайных фундаментов под тяжелое оборудование. [13]

Основание буровой установки Уралмаш 200ДГ - 1У состоит из трех блоков: вышечно-лебедочного, энергетического и насосного Вышечно-лебедочный блок собран из мощных опорных ферм, опирающихся на грунт, и стоек рабочей площадки, укрепленных на этих фермах на отметке 7000 м с помощью колонн На рабочей площадке установлены подсвечники, ротор с приводом, вспомогательная лебедка, пульт бурильщика, ключ АКБ. [14]

Основание буровой установки Уралмаш 200ДГ - 1У состоит из трех блоков: вышечно-лебедочного, энергетического и насосного. Вышечно-лебедочный блок собран из мощных опорных ферм, опирающихся на грунт, и стоек рабочей площадки, укрепленных на этих фермах на отметке 7000 м с помощью колонн. На рабочей площадке установлены подсвечники, ротор с приводом, вспомогательная лебедка, пульт бурильщика, ключ АКБ. [15]

Читайте также: