Durch Anker gehört der Auftrieb der Vergangenheit an

Als Leseliste speichern Veröffentlicht von Aimee Knight, Redaktionsassistentin World Pipelines, Donnerstag, 13. August 2020, 15:25 Uhr

Jeff Curnick, Platipus Anchors Limited, Großbritannien, erklärt die Anwendung von perkussionsgetriebenen Erdankern als Lösung für den Auftrieb von Pipelines an verschiedenen schwierigen Standorten.

Der Auftrieb war schon immer ein Problem, wenn eine Pipeline in einer gesättigten Umgebung gebaut wird, beispielsweise in Flüssen, Überschwemmungsgebieten oder Gebieten mit hohem Grundwasserspiegel (Abbildung 4). Im Laufe des letzten Jahrhunderts haben Pipeline-Eigentümer, -Konstrukteure und -Auftragnehmer verschiedene Methoden eingesetzt, um dem Aufschwimmen entgegenzuwirken, angefangen mit der einfachen Pipeline-Beschwerung, die aus zwei um das Rohr herum verschraubten Gusseisenhälften bestand. Dies wurde später durch Betonaufsatzgewichte und Geotextil-Satteltaschen ersetzt. Alle diese Methoden stellten ihre eigenen Herausforderungen dar, insbesondere im Hinblick auf den Transport schwerer Materialien an entlegene Orte und den Zeit- und Ressourcenaufwand für die Umsetzung, insbesondere wenn die heutige moderne Ausrüstung nicht verfügbar war. Erst in den 1980er Jahren wurden mit der Einführung von Erdankern als wirtschaftliche und wirksame Alternative zu herkömmlichen Methoden bedeutende Fortschritte in der Pipeline-Auftriebskontrolltechnologie erzielt.

Abbildung 1 – Platipus-Anker zur Hangstabilisierung bei einem Projekt in Zawtika, Myanmar.

Platipus® verfügt über mehr als 35 Jahre Erfahrung in der Entwicklung, Herstellung und Lieferung von Percussion Driven Earth Anchors (PDEA®) für eine Vielzahl von Marktsektoren. Der PDEA ist ein modernes und vielseitiges Gerät, das unter den meisten unbeständigen Bodenbedingungen schnell eingesetzt werden kann. Es bietet einen leichten, korrosionsbeständigen Anker, der mit herkömmlicher Ausrüstung vom Boden aus eingetrieben werden kann. Es ist so konzipiert, dass es während der Installation nur minimale Störungen im Boden verursacht, kann bis zu einer genauen Haltekapazität belastet werden und ist sofort voll betriebsbereit. Da es sich um ein vollständig trockenes System handelt, hat es auch nur minimale Auswirkungen auf die Umwelt.

Die Spezifikationen des Rohrleitungsankersystems können je nach Rohrdurchmesser, Länge jedes Rohrabschnitts, örtlichen Bodenbedingungen (einschließlich Grundwasserspiegel), struktureller Integrität des Rohrs, ob das Rohr in Süß- oder Salzwasser verlegt wird, usw. variieren Wiedereinbringung von Verfüllmaterial. Typischerweise besteht der Ankerkopf aus einer Aluminiumlegierung oder Gusseisen mit Kugelgraphit und ist mit einem Gurtband verbunden. Anschließend wird das System mithilfe einer Schnalle und einer Spannvorrichtung in Betrieb genommen. Ankersystemsätze sind entlang der Pipeline in berechneten Abständen in Bereichen angeordnet, die Auftriebsschutzmaßnahmen oder eine Stabilisierung durch andere äußere Kräfte erfordern. Die Installation eines typischen Pipeline-Verankerungssystems ist in der Animation in Abbildung 2 zu sehen.

Abbildung 2 – Installationsanleitung eines typischen Platipus-Pipeline-Verankerungssystems.

Die Spannungsverteilung vor einem belasteten Anker kann mithilfe der traditionellen Fundamenttheorie modelliert werden. Die ultimative Leistung eines Ankers im Boden wird durch die Belastung definiert, bei der die Spannungskonzentration unmittelbar vor dem Anker die Tragfähigkeit des Bodens übersteigt. Zu den Faktoren, die die endgültige Leistung des Ankers beeinflussen, gehören der Scherwinkel/die nicht entwässerte Scherfestigkeit des Bodens, die Größe des Ankers, die Einbautiefe und die Bedingungen unter Wasser.

PDEAs funktionieren gut in körnigen Böden und zeigen kurze Lastsperr- und Ausdehnungseigenschaften, einen breiten Bodenstumpf unmittelbar vor dem Anker und extrem hohe Lasten (Abbildung 3).

Abbildung 3 – Typischer Bodenkegel in körnigem Boden.

Auch steife bindige Böden wie Geschiebelehm können beeindruckende Ergebnisse liefern. Allerdings können schwächere bindige Böden, wie z. B. weiche alluviale Tone, zu längeren Sperr- und Ausfahrwegen und einem kleineren Bodenkegel vor dem Anker führen. Folglich erfordern diese Bedingungen eine größere Ankergröße und, wenn möglich, eine größere Eintreibtiefe, um die Auslegungslasten zu erreichen.

Platipus-Pipeline-Ankersysteme wurden bei anspruchsvollen Projekten an extremen Standorten auf der ganzen Welt eingesetzt, wie in den folgenden Fallstudien beschrieben.

Abbildung 4 – Installierte Pipeline unter Wasser, verankert durch die Platipus-Systeme.

Dieses 2014 fertiggestellte 6 km lange Pipelineprojekt war durch komplexe Boden- und Geländeverhältnisse wie tropische Wälder auf sandigem Boden und steile Hänge, die überquert werden mussten, gekennzeichnet. Nach der erfolgreichen Fertigstellung wurde festgestellt, dass einige der steilen Böschungen potenziell instabil waren und saniert werden mussten, um zukünftige Schäden an der nun in Betrieb befindlichen Pipeline zu verhindern.

Zu diesem Zeitpunkt gab es nur noch sehr eingeschränkten Straßenzugang zum Standort und in dem abgelegenen Gebiet waren keine Maschinen mehr vorhanden (Abbildung 1). Jede vorgeschlagene Lösung musste nur für die Installation mit Handgeräten geeignet sein. Obwohl Platipus-Anker keine Auftriebskontrollanwendung sind, können sie ein breites Anwendungsspektrum abdecken, wobei Erosionsschutz und Hangstabilität ein Industriestandard sind.

Bewaffnet mit jeweils nur wenigen Kilogramm schweren Platipus S8-Ankern, tragbaren Hydraulikhämmern und 100-kN-Hydraulikspanngeräten konnten die Installationsteams die Anker an den Hängen in Position bringen, um sie bis zur vorgegebenen Tiefe von 4 m zu installieren. Jeder Anker wurde in einem Rautengittermuster angeordnet und über die in der Böschungsanalyse ermittelte theoretische Versagensebene hinaus installiert. Jeder Anker wurde auf eine genaue Haltekapazität von 40 kN getestet – was bei Bedarf für globale Stabilität in jedem Böschungsabschnitt sorgt. Die Ankerinstallation für eine typische Hangstabilisierungsanwendung ist in Abbildung 5 dargestellt.

Das 1000-MW-Kohlekraftwerk, das in der Küstenregion im nördlichen West-Java, Indonesien, mit schlechtem Boden und potenziell überschwemmten Arbeitsbedingungen errichtet wurde, stellte mehrere Herausforderungen für die Installation der verschiedenen erforderlichen Rohrleitungen dar.

Die größte Herausforderung stellten die zirkulierenden Wasserleitungen mit einem Durchmesser von 4000 mm (157 Zoll) dar, die aufgrund des weichen Lehmbodens und des extrem hohen Grundwasserspiegels untergehen oder schwimmen konnten.

Abbildung 5 – Ankerinstallationsanleitung für eine typische Hangstabilisierungsanwendung.

Ein Teil der entworfenen Lösung bestand darin, einen Betonsockel auf Pfählen zu implementieren, um die Rohre mit großem Durchmesser im Fundament zu stützen. Platipus Anchors wurde dann mit der Bereitstellung eines Systems zur Verhinderung des Auftriebs in Kombination mit dem Fundament beauftragt (Abbildung 6).

Abbildung 6 – Platipus-System zur Verhinderung von Auftrieb in Kombination mit einem Fundament beim Projekt Cirebon 2, Indonesien.

Die Lösung bestand aus einem großen 75 mm breiten Gurtband mit einer Bruchlast von 150 kN, das in festgelegten Abständen über das Rohr gelegt und mit vollständig aus Edelstahl gefertigten Zubehörteilen für zusätzlichen Korrosionsschutz an vorgefertigten Ringschrauben befestigt wurde. Da nur einfache Spannwerkzeuge erforderlich waren, bot diese Lösung dem Installationsteam eine einfache Möglichkeit, die Rohrleitung zu sichern, ohne dass zusätzliche Maschinen vor Ort erforderlich waren.

Da sich die Pipeline-Infrastruktur weltweit immer weiter ausdehnt, oft durch anspruchsvolles und abgelegenes Gelände, ist der Bedarf an leichten, effektiven und wirtschaftlichen Lösungen, um dem Auftrieb der Pipeline entgegenzuwirken und andere damit verbundene Anwendungen zu unterstützen, von entscheidender Bedeutung.

Das von Platipus bereitgestellte PDEA-System wurde als vorteilhafte Lösung für Pipeline-Stakeholder entwickelt, die die oben genannten Herausforderungen bewältigen und ihre Ziele erreichen müssen.

Dieser Artikel wurde in der Beilage World Pipelines Extreme 2020 veröffentlicht. Klicken Sie hier, um die vollständige Ausgabe online anzusehen.

Lesen Sie den Artikel online unter: https://www.worldpipelines.com/special-reports/13082020/anchors-make-buoyancy-a-thing-of-the-past/

Tom Oldfield, Service Manager – Field Verification, ROSEN, UK, findet den effizientesten Weg, die Qualität der Feldverifizierung zu verstehen und gleichzeitig die Leistung des ILI-Systems zu validieren.

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