БЕТОННЫЙ УТЯЖЕЛИТЕЛЬ ОХВАТЫВАЮЩЕГО ТИПА ДЛЯ БАЛЛАСТИРОВКИ ТРУБОПРОВОДОВ (ВАРИАНТЫ)

Группа полезных моделей относится к оборудованию преимущественно подземных трубопроводов и используется при их сооружении реконструкции и ремонтах на переходах через болота, в обводненных и заболоченных грунтах, а также в условиях распространения многолетнемерзлых.
Бетонные утяжелители охватывающего типа были разработаны в 1978 году и впервые использованы при строительстве газопровода Вынгапур-Челябинск, в дальнейшем их массовое и успешное внедрение осуществлялось на строительстве трубопроводов в разных природно-климатических зонах на обводненных и заболоченных территориях. Со второй половины 80-х годов в РФ расширяется использование бетонных утяжелителей охватывающего типа, в которых шарниры для закрепления на них гибких перемычек размещаются в пазах и обеспечивают возможность увеличения балластирующей способности собственно утяжелителей за счет использования балластирующей способности грунтов засыпки укладываемых в траншее над утяжелителями, размещенными на балластируемом трубопроводе, групповым способом.
Известны утяжелители трубопроводов SU №№756123, 1106950, 1008959, 1244221, 1529858, 1681110, 1756717, RU UI №№62684, 77382, 86696, 92137, RU C1 2227239.
Известен, например, утяжелитель трубопровода, включающий пару симметрично, относительно балластируемого трубопровода, расположенных балластных бетонных блоков, плоские направленные друг к другу стенки которых взаимодействуют с трубопроводом, к которым шарнирно присоединены наложенные сверху трубопровода гибкие перемычки, каждый балластный блок снабжен упорной накладкой на нижней части обращенной к трубе плоской стенки, а каждый из  шарниров для присоединения к балластному блоку гибких перемычек размещен ниже центра тяжести блока и расположен на его лобовой поверхности. При этом сама гибкая перемычка выполнена длиной, обеспечивающей взаимодействие упорных накладок балластных блоков с поверхностью трубопровода ниже его горизонтальной осевой плоскости. (SU №756123).
Известен также утяжелитель трубопровода, содержащий пару симметрично расположенных по обе стороны от балластируемого трубопровода и контактирующих с ним плоскими стенками балластных блоков, выполненных в поперечном сечении в виде неправильных многоугольников, на лобовых поверхностях которых ниже их центров тяжести установлены шарниры, к части каждого из которых присоединены наложенные на трубопровод гибкие перемычки (SU №1244421).
Известен бетонный утяжелитель трубопровода, содержащий пару симметрично расположенных по обе стороны от балластируемого трубопровода и контактирующих с ним плоскими стенками балластных блоков, выполненных в поперечном сечении в виде неправильных многоугольников, на лобовых поверхностях которых ниже их центров тяжести установлены шарниры, к наружной части каждого из которых присоединены наложенные на трубопровод гибкие перемычки, отличающийся тем, что шарниры установлены в пазах, выполненных на лобовых поверхностях блоков, глубина которых, по меньшей мере, равна наружной части шарнира (RU №62684).
Известен бетонный утяжелитель трубопровода, содержащий два блока располагаемых противоположно относительно продольной оси трубопровода, и соединяемых в двух уровнях гибкими силовыми поясами, причем в каждом из блоков со стороны, обращенной к трубопроводу, ниже центра тяжести блока, образовано углубление, в котором размещен элемент крепления гибкого силового пояса, при этом каждый блок выполнен в верхней части по форме усеченной пирамиды, вершина которой ориентирована в проектном положении от оси трубопровода, а большое основание представляет собой основание призмы в нижней части блока, имеющей в нижней части трубопровода опорную часть и наклонно расположенную к ней со стороны трубопровода поверхность, площадь которой превышает площадь опорной части. Указанная полезная модель существенно отличается от ранее разработанных конструкций. Центр тяжести данного утяжелителя размещается значительно ниже его оптимального положения. (RU №92137).
Кроме того, известен утяжелитель трубопровода, содержащий пару соединенных налагаемыми на трубопровод гибкими перемычками и расположенных симметрично относительно него балластных бетонных блоков, направленные к трубопроводу плоские стенки которых контактируют с ним, а на лобовых поверхностях блоков ниже центров тяжести закреплены шарниры, к открытой части каждого из которых присоединены гибкие перемычки. При этом балластные блоки в поперечном трубопроводу сечении имеют форму тупоугольного треугольника, тупой угол которого превышает 100°, а противолежащая тупому углу наибольшая сторона каждого блока обращена к откосу траншеи, причем шарниры для прикрепления гибких перемычек размещены на уровне, не превышающем горизонтальной осевой плоскости трубопровода, в пазах, открытых со стороны трубопровода, а глубина пазов превышает длину «открытой» части шарниров (RU №2227239, прототип).
Известные бетонные утяжелители охватывающего типа изготавливаются в виде бетонных балластных блоков разных модификаций, имеющих различные центры тяжести, на практике как правило, превышающие 0,55 высоты балластных блоков (расстояние между верхней и нижней их гранями), что не является оптимальным, поскольку высокий центр тяжести балластных блоков снижает устойчивость данных утяжелителей на балластируемых трубопроводах, допускает в период монтажа закручивание перемычек ливневыми водами. Если расположить центр тяжести блоков около 0,40 их высоты происходит смещение основной массы балластных блоков к нижним их граням (дну траншеи) что неизбежно приводит по факту к неприемлемому увеличению длины траншеи по дну, и естественно к увеличению объемов разработки в целом.
Технической задачей заявляемой группы полезных моделей, объединенных единым творческим замыслом, является создание вариантов эффективных бетонных утяжелителей охватывающего типа с оптимальным размещением центров их тяжести, а также расширение арсенала бетонных утяжелителей охватывающего типа.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи заключается в сокращении высоты балластных блоков и, следовательно, глубины траншеи, а также повышении устойчивости утяжелителей за счет оптимального расположения центра тяжести блоков утяжелителя - примерно на уровне продольной оси трубы, что приводит к улучшению условий транспортирования и монтажа. Одновременно увеличивается устойчивость утяжелителей на трубе, не допускается закручивания перемычек 9, 11 утяжелителя потоком талых вод или осадков, особенно, в процессе засыпки. Кроме того, конструкция утяжелителя обеспечивает максимальное использование балластирующей способности грунтов засыпки, что обеспечивает дополнительное повышение балластирующей способности групп утяжелителей и приводит к сокращению их общего числа на единицу длинны трубопровода (например, одного км).
Сущность полезной модели по первому варианту заключается в том, что бетонный утяжелитель охватывающего типа содержит пару симметрично располагаемых по обе стороны от балластируемого трубопровода железобетонных балластных блоков в форме шестигранников с поперечным сечением в виде неправильного шестиугольника и с плоскими гранями, одна из которых является верхней, а другая - нижней, контактирующей с дном траншеи, причем в пазах, выполненных на обращенных к трубопроводу боковых гранях блоков, установлены шарниры для присоединения к ним, по меньшей мере, одной гибкой перемычки с возможностью наложения ее на балластируемый трубопровод, при этом ширина нижней грани каждого балластного блока выполнена большей ширины его верхней грани.
Предпочтительно высота блока выполнена равной 1,10-1,15 диаметра трубопровода, ширина нижней грани каждого балластного блока не превышает 0,3 диаметра балластируемого трубопровода, и каждый балластный блок выполнен с центром тяжести, расположенным на высоте от 0,45 до 0,55 высоты балластного блока. Кроме того, на боковых гранях балластных блоков выполнены дополнительные пазы с расположенными выше центров тяжести блоков дополнительными шарнирами для присоединения, по меньшей мере, одной дополнительной гибкой перемычки с возможностью наложения ее на балластируемый трубопровод с частичным охватом последнего.
Сущность полезной модели по второму варианту заключается в том, что бетонный утяжелитель охватывающего типа содержит пару симметрично располагаемых по обе стороны от балластируемого трубопровода железобетонных балластных блоков в форме пятигранников с поперечным сечением в виде неправильных пятиугольников, и с плоскими гранями, одна из которых является верхней, а другая - нижней, контактирующей с дном траншеи, причем в пазах, выполненных на обращенных к трубопроводу боковых гранях блоков, установлены шарниры для присоединения, по меньшей мере, одной гибкой перемычки с возможностью наложения ее на балластируемый трубопровод, при этом ширина нижней грани каждого балластного блока выполнена большей ширины его верхней грани.
Предпочтительно, высота блока выполнена равной 1,1-1,15 диаметра трубопровода, ширина нижней грани каждого балластного блока не превышает 0,3 диаметра балластируемого трубопровода, каждый балластный блок выполнен с центром тяжести, расположенным на высоте от 0,45 до 0,55 высоты балластного блока. Кроме того, на боковых гранях балластных блоков выполнены дополнительные пазы с расположенными выше центров тяжести блоков дополнительными шарнирами для присоединения, по меньшей мере, одной дополнительной гибкой перемычки с возможностью наложения ее на балластируемый трубопровод с частичным охватом последнего. При этом каждый балластный блок со стороны, обращенной к трубопроводу, выполнен с боковыми гранями, расположенными под углом в пределах 110°-130 друг к другу.
На чертеже фиг.1 изображена схема установки утяжелителя с шестигранными балластными блоками, на фиг.2 - схема установки утяжелителя с пятигранными балластными блоками, на фиг.3 - пространственная схема установки шестигранного балластного блока утяжелителя, на фиг.4 - пространственная схема установки пятигранного балластного блока утяжелителя.
Бетонный утяжелитель охватывающего типа содержит пару одинаковых симметрично располагаемых по обе стороны от балластируемого трубопровода 1 железобетонных балластных блоков 2, 3 в форме шестигранников (фиг.1) или пятигранников (фиг.2) с плоскими гранями. Блоки 2, 3 выполнены с постоянным пятиугольным или шестиугольным сечением по всей их длине вдоль трубопровода 1. Одна из граней блоков 2, 3 - грань 4 является верхней, а грань 5 - нижней для установки блоков 2, 3 на дно траншеи (не обозначено), в которой располагается балластируемый трубопровод 1. В пазах 6, выполненных на обращенных к трубопроводу 1 лобовых боковых гранях 7 блоков 2, 3, ниже центров тяжести блоков 2, 3 установлены шарниры 8, для присоединения, по меньшей мере, одной гибкой перемычки 9 с возможностью наложения ее на балластируемый трубопровод 1 с частичным охватом последнего.
Ширина нижней грани 5 каждого балластного блока 2,3 по обоим вариантам исполнения утяжелителя выполнена большей ширины его верхней грани 4. Предпочтительно, в наиболее распространенных случаях реализации, ширина нижней грани 5 каждого балластного блока 2, 3 выполнена равной 1,10-1,15 ширины его верхней грани 4, при этом высота блока 2, 3 выполнена равной 1,10-1,15 диаметра трубопровода 1. В результате, при увеличении ширины нижних граней 5 балластных блоков 2, 3, например, на 10-15% по сравнению с шириной верхних граней 4, удается сократить высоту балластных блоков 2, 3 до величины, не превышающей 1,10-1,15 диаметра балластируемого трубопровода 1, а ширина нижней грани 5 каждого балластного блока 2, 3 не превышает 0,3 диаметра балластируемого трубопровода 1. При этом не происходит неприемлемого увеличения длины и ширины траншеи по дну.
В других случаях (большом диаметре трубопровода 1) ширина нижней грани 5 каждого балластного блока 2, 3 может быть выполнена до 350 мм, т.е. до 1,75 ширины его верхней грани 4, имеющей ширину 200 мм.
При этом каждый балластный блок 2, 3 выполнен с центром тяжести G, расположенным на высоте от 0,45 до 0,55 высоты Н балластного блока 2, 3 (H - расстояние между верхней и нижней их гранями 4, 5) и с поперечным сечением в виде неправильного шестиугольника (фиг.1) или неправильного пятиугольника (фиг.2). Высота Н составляет, как правило, не более 1,6 м, длина блоков 2, 3 вдоль трубопровода 1 - составляет 1,-1,6 м.
На боковых гранях 12 балластных блоков 2, 3 (фиг.2), расположенных выше граней 7, выполнены дополнительные пазы с расположенными выше центров тяжести блоков 2, 3 дополнительными шарнирами 10 для присоединения, по меньшей мере, одной дополнительной гибкой перемычки 11 с возможностью наложения ее на балластируемый трубопровод 1 с частичным охватом последнего. Каждый пятигранный балластный блок 2, 3 (фиг.2) выполнен со стороны трубопровода 1 с боковыми гранями 7, 12 (обращенными в сторону трубопровода 1), расположенными под тупым углом друг к другу в пределах 110°-130.
При использовании различных модификаций (форм) балластных блоков 2, 3 по фиг.1 или по фиг.2 установку утяжелителей на балластируемый трубопровод следует осуществлять преимущественно групповым способом, что является оптимальным с точки зрения повышения балластирующей способности и приводит к сокращению числа утяжелителей необходимых для балластировки трубопровода 1.
Утяжелитель по обоим вариантам исполнения используется следующим образом.
Навеска гибких перемычек 9 или перемычек 9 и 11 на балластные блоки 2, 3 утяжелителей производятся на берме траншеи.
Монтаж утяжелителей на трубопровод 1 выполняется краном-трубоукладчиком с помощью специальной траверсы (не изображено) в собранном виде с закрепленными на балластных блоках 2, 3 гибкими перемычками 9 или 9 и 10. Бетонные блоки 2, 3 поднимают за монтажные петли (на чертежах не изображены) по обе стороны трубопровода 1. Установка блоков 2, 3 выполняется таким образом, чтобы более широкие нижние грани 5 балластных блоков 2, 3 контактировали с грунтом на дне траншеи. Так как верхние грани 4 имеют меньшую ширину, неконтролируемый развал блоков 2, 3 в процессе установки не происходит, что упрощает проведение операции. Даже в случае выпадения осадков в процессе установки блоков 2, 3 (до их засыпки в траншее) закручивание перемычек 9, 11 не происходит. При установке утяжелителя перемычка 9 или перемычки 9 и 11 охватывают (частично) трубопровод 1 сверху и натягиваются под воздействием составляющей силы веса блоков 2, 3, направленной по гибкой связи (перемычке).
С учетом удлинения перемычки 9 или перемычек 9 и 11 под нагрузкой, допускается развал блоков 2, 3 утяжелителя - угол между гранями 7 блоков 2, 3, обращенными к трубопроводу 1, который устанавливается не более, чем 15°. Над трубопроводом 1 и блоками 2,3 располагается вовлекаемые в работу грунты засыпки траншеи.
В процессе погрузочно-разгрузочных работ, транспортировки блоков 2, 3 утяжелителя и его монтажа шарниры 8 или шарниры 8 и 10 не повреждаются, так как находятся в пазах 6 и недоступны для механических воздействий, касательных к граням 7 блоков 2, 3.
Благодаря антикоррозионному покрытию шарниров 8, 10 увеличивается долговечность утяжелителя в целом.
При необходимости на лобовых гранях 12 в верхней части балластных блоков 2, 3 утяжелителя в целях не допущения чрезмерного их развала целесообразна установка дополнительной гибкой перемычки 11.
После установки трубопровода 1 забалластированного утяжелителями с балластными блоками 2, 3 должна быть осуществлена тщательная засыпка траншеи.
В результате многократно проведенных сравнительных испытаний конструкции утяжелителей стало возможным выявление оптимального положения центров тяжести утяжелителей охватывающего типа, обеспечивающих максимальную устойчивость на балластируемых трубопроводах. При этом оптимальное расположение центров тяжести балластирующих блоков 2, 3 утяжелителей охватывающего типа, не должно быть ниже 0,45 высоты балластных блоков и не выше 0,55 их высоты, что обеспечивается увеличением на, по меньшей мере, 10-15% ширины нижних граней 5 по сравнению с шириной верхних граней 4 блоков 2, 3.
Благодаря заявляемому техническому решению может обеспечиваться сокращение высоты балластных блоков и, следовательно, глубины траншеи, а также улучшение условий транспортирования и монтажа блоков. Одновременно увеличивается устойчивость балластных блоков утяжелителей на трубопроводе, так как не допускается закручивания гибких перемычек утяжелителя потоком талых вод или осадков, особенно, в случае неполной засыпки.
В результате создана группа эффективных бетонных утяжелителей охватывающего типа и расширен арсенал таких изделий.