Исходные данные. 
Характеристика подводного перехода

По нормативной литературе для трубы диаметром 1020×16 мм выписываем необходимые данные:

• — Площадь сечения, F=504 см2;
• — осевой момент сопротивления W=12 480 см3;
• — осевой момент инерции I=636 600 см4;
• — удельный вес металла трубы qm=3960 Н/м.

При расчете устойчивости против всплытия подводного трубопровода, пересекающего реки, необходимо учитывать вертикальную и горизонтальную составляющие силового гидродинамического воздействия потока воды на трубу в процессе укладки трубопровода на дно траншеи.

Горизонтальная составляющая гидродинамического воздействия на единицу длины трубопровода.

.

где — гидродинамический коэффициент обтекания трубы водным потоком; - средняя скорость течения воды в слое на уровне уложенного на дно подводной траншеи трубопровода, м/с; - удельный вес воды с учетом растворенных в ней молей, принимаемых равным (1,025−1,15)104Н/м3.

Коэффициент определяется в зависимости от числа Рейнольдса.

.

.

.

По экспериментальным данным, при Re<105; для гладких труб и для бетонированных или офутерованных труб при 105.

.

Вертикальную составляющую воздействия гидродинамического потока на единицу длины трубопровода Py рассчитывают по формуле.

.

где — гидродинамический коэффициент подъемной силы, .

.

Интенсивность нагрузки от упругого отпора при свободном изгибе трубопровода по формуле.

.

где — угол поворота оси трубопровода в вертикальной плоскости на выпуклом и вогнутом рельефе (в радианах); - радиус кривизны рельефа дна траншеи, который должен быть больше или равным минимальному радиусу упругого изгиба оси трубопровода из условия прочности; E — модуль Юнга, E=2,61 011 Па.

.

Выталкивающая сила воды по формуле.

.

Для расчета устойчивости подводного трубопровода с учетом гидродинамического воздействия потока жидкости следует иметь в виду следующее. магистральный трубопровод балластировка Вертикальная составляющая Py действует в том же направлении, что и выталкивающая сила воды.

Горизонтальная составляющая действует на трубу, сдвигая её в сторону от оси траншеи. Для противодействия за счет дополнительной нагрузки q создается сила трения.

.

где k — коэффициент трения трубы о грунт при поперечных перемещениях трубопровода, для илистых и суглинистых грунтов k=0,4.

Отсюда.

.

Величина вводится в формулу так же с положительным знаком.

Тогда требуемый вес балластировки в воде будет определен по формуле.

.

где — коэффициент надежности по нагрузке, для чугунных грузов; qтр — расчетный вес единицы длины трубопровода в воздухе с учетом изоляции при коэффициенте надежности по нагрузке nсв=0,95; qдоп — с учетом возможного опорожнения трубопровода (по СНиП 2.05.06−85*) может быть принятой равной нулю.

.

Соответственно формула для расчета веса балластировки в воздухе принимает вид.

.

где — удельный вес материала пригруза.

При укладке подводных трубопроводов необходимо производить проверку устойчивости трубы против смятия под действием внешнего гидростатического давления воды по формуле.

.

где — средний диаметр трубы,; - глубина водоёма; - глубина заложения трубопровода от дна водоёма до верхней образующей.

0,016 м>0,545 м, следовательно, устойчивость трубы против смятия обеспечивается.

Балластировку подводных трубопроводов в пределах участка подводно-технических работ выполняют кольцевыми чугунными грузами, жестко фиксируемых на трубопроводе.

Расстояние между одиночными чугунными грузами рассчитывают по формуле.

.

где , — средняя масса и объем одного груза соответственно.

Выбираем чугунный кольцевой груз диаметром 1020 мм: Р груза=2000 кг, R1=630 мм, R2=560 мм, R3= 550 мм, А=723 мм, В= 610 мм, С=1300 мм.

.

Число пригрузов, необходимое для балластировки участка трубопровода длиной L, определяют по формуле Дробное число N округляют в большую сторону до ближайшего целого числа.