СПОСОБ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА НА ПРОЕКТНЫХ ОТМЕТКАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR FIXATION OF PIPELINE AT DESIGN ELEVATIONS AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении трубопроводов, прокладываемых на заболоченных и периодически обводняемых участках, для их закрепления на проектных отметках с помощью анкеров.
Известен способ закрепления трубопровода (пат. RU № 2184299, кл. F16L 1/06 от 2001.02.12, опубл. 2002.06.27), включающий внедрение в грунт трубчатых анкеров с отверстиями, выполненными в нижней части боковой поверхности трубы переменного диаметра, и закрепление их путем инъекции вяжущего продукта под давлением 0,1-0,5 МПа в предварительно определенную прослойку слабого несвязного грунта; в случае плотного связного грунта вяжущий продукт инъектируют под давлением 1,5-10 МПа. Анкера соединяют с трубопроводом посредством силовых поясов.
Недостатком данного технического решения является невысокая удерживающая способность анкеров предложенной конструкции, что приводит к необходимости их неоправданно частой установки вдоль трубопровода и к всплытию трубопровода.
Известен способ закрепления трубопровода (пат. RU № 2205317, кл. F16L 1/06 от 2002.05.30, опубл. 2003.05.27), включающий завинчивание в грунт трубчатых анкеров с винтовыми наконечниками и с отверстиями, выполненными на боковой поверхности их тяг с некоторым шагом. После завинчивания анкеров проводится закрепление грунта путем инъекции вяжущего продукта под давлением 0,2-1,5 МПа. Анкера соединяют с трубопроводом посредством силовых поясов.
Недостатком данного технического решения также является невысокая, хотя и повышенная по сравнению с вышеприведенным аналогом, удерживающая способность анкеров, что в результате приводит к всплытию трубопровода и созданию аварийной ситуации.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является грунтовый анкер (пат RU, № 2008397, кл. Е02В 5/80 от 1992.01.24, опубл. 1994.02.28), включающий полую тягу, анкерную головку, полость которой сообщена с полостью тяги, и выдвижные элементы, заведенные в анкерную головку с возможностью выдвижения под действием подаваемой в тягу рабочей среды, при этом выдвижные элементы оснащены гидромониторными насадками, служащими для размыва грунта и лучшего внедрения в грунт выдвижных элементов и установленными на их боковых кромках. Гидромониторные насадки выполнены со сквозными каналами для подвода рабочей среды из полости головки к насадкам, а головка оснащена размещенным в ней клапаном в виде поворотной втулки, соединенной с выдвижными элементами посредством гибкой связи для предотвращения подачи рабочей среды к выдвижным элементам.
Недостатком данного технического решения является то, что для установки анкера требуется выемка и размыв грунта, что усложняет его установку. Кроме того, малая площадь контакта выдвижных элементов с грунтом делает их малоэффективными.
Задачей изобретения является создание эффективного способа закрепления трубопровода на проектных отметках и устройства для осуществления этого способа.
В результате решения данной задачи появляется возможность получения технических результатов, состоящих в том, что описываемые способ и устройство позволяют повысить удерживающую способность анкера и сохранить естественную структуру грунта.
Указанная цель достигается тем, что в способе закрепления трубопровода на проектных отметках, включающем предварительное закрепление трубчатых анкеров в грунте на определенной глубине и дополнительное их закрепление в грунте выдвижными крепежными элементами анкеров, приводимыми в движение рабочей средой, с последующим соединением трубопровода с тягами анкеров посредством силового пояса, при этом предварительное закрепление анкеров осуществляют завинчиванием последних в грунт за счет их винтовых наконечников, а дополнительное закрепление проводят путем вдавливания в грунт выдвижных крепежных элементов без предварительного разрушения грунта.
Другая указанная цель достигается тем, что устройство для закрепления трубопровода на проектных отметках содержит анкер с полым стержнем с выдвижными крепежными элементами, закрепленными с возможностью выдвижения под действием подаваемой в полость стержня рабочей среды, при этом полый стержень анкера выполнен с полым многовитковым винтовым наконечником, нижняя лопасть которого снабжена резцами-клыками, а выдвижные крепежные элементы представляют собой многоступенчатые телескопические гидроцилиндры одностороннего действия, размещенные в полостях утолщений на теле лопастей винтового наконечника, на верхней торцевой части винтового наконечника выполнено утолщение с гнездом под соединительные зубья монтажной штанги, при этом в полости стержня и винтового наконечника выполнена изолированная линия подачи рабочей среды. Утолщения с крепежными элементами на лопастях выполнены с шагом и в количестве, исходя из необходимой удерживающей силы анкера. Монтажная штанга выполнена, по меньшей мере, с одним зубом, имеющим форму квадрата, прямоугольника, шестигранника, Г-образную или любую другую форму. Гнездо в утолщении верхнего торца винтового наконечника выполнено в виде углублений или пазов, по меньшей мере, в виде одного углубления или паза, имеющих форму квадрата, прямоугольника, шестигранника, Г-образную или любую другую форму.
В предложенном способе закрепления трубопровода анкерами с выдвижными крепежными элементами и с последующим соединением трубопровода с анкерами посредством силовых поясов, согласно изобретению анкер, имеющий полые винтовой наконечник и стержень, завинчивается непосредственно в грунт. Далее проводится дополнительная фиксация анкера в грунте при помощи выдвижных крепежных элементов, выполненных, например, в виде многоступенчатых телескопических гидроцилиндров одностороннего действия, вложенных в полости утолщений на теле лопастей винтового наконечника. Выдвижные крепежные элементы располагаются на лопасти с определенным шагом. Исходя из требуемой удерживающей способности анкера, расчетом и конструктивно определяется угол подъема винтовой линии лопасти, количество и шаг расположения выдвижных крепежных элементов, их конструкция, размеры и количество ступеней гидроцилиндров. Для обеспечения завинчивания анкера в грунт, передачи крутящего момента и осевого усилия на верхнем торце винтового наконечника выполнено утолщение с гнездом в виде углублений или пазов, по меньшей мере, с одним углублением или пазом, например, в форме квадрата, прямоугольника, шестигранника, Г-образной или любой другой формы для быстрого соединения и разъединения с монтажной штангой, имеющей ответные зубья, по меньшей мере один зуб, например, в форме квадрата, прямоугольника, шестигранника, Г-образной или любой другой формы соответственно, а нижняя лопасть выполнена с резцами-клыками. Штанга представляет собой толстостенную трубу с зубьями указанной выше формы на нижнем торце, которая после завинчивания анкера отсоединяется от винтового наконечника и удаляется из скважины. Количество и размер зубьев на монтажной штанге и пазов на винтовом наконечнике определяются расчетом. Угол и шаг винтовой лопасти, снабжение нижней лопасти резцами-клыками позволяют завинчивать анкер без рыхления грунта, сохраняя его естественную структуру, что обеспечивает максимальную удерживающую способность анкера. Количество крепежных выдвижных элементов лопасти винтового наконечника должно быть не менее двух.
Винтовой наконечник и полый стержень анкера жестко соединяются между собой любым известным способом, например с помощью сварки, трубного конического резьбового соединения и т.п.
Для вдавливания в грунт выдвижных крепежных элементов, по изолированной линии, проложенной внутри полого стержня анкера, под избыточным давлением, которое определяется расчетом на требуемое усилие вдавливания выдвижных крепежных элементов в грунт, подается рабочая среда, представляющая собой водонерастворимое быстротвердеющее вещество, например цементный раствор. После ее застывания внутри выдвижных крепежных элементов анкер замоноличивается и становится способным воспринимать большую нагрузку на выдергивание.
С целью дополнительного повышения удерживающей способности анкера возможно выполнение отверстий на боковой поверхности полого стержня с некоторым шагом для инъектирования вяжущего продукта в грунт. При этом рабочая среда подается в крепежные элементы анкера по изолированной линии, проложенной внутри полого стержня, а вяжущий продукт для инъектирования в грунт - по пространству между стенкой полого стержня и изолированной линией внутри него. После завинчивания анкера в грунт и удаления штанги, выдвижение крепежных элементов и закрепление грунта производится последовательно или одновременно.
На фиг.1 представлен общий вид анкера в варианте телескопических выдвижных элементов в состоянии завинчивания в грунт; фиг.2 - сечение В-В фиг.1; фиг.3 - общий вид анкера после подачи рабочей среды и его фиксации в грунте; фиг.4 - виды Г и Д фиг.4; фиг.5 - схема завинчивания двух анкеров одновременно; фиг.6 - схема подачи рабочей среды и вяжущего продукта.
Устройство для закрепления трубопровода на проектных отметках включает анкер и монтажную штангу. Анкер содержит полый стержень 1, соединенный любым известным способом, например сваркой, конической резьбой и т.п., с полым многовитковым винтовым наконечником 2, имеющим лопасти 3 с утолщениями 4, в полости которых вложены выдвижные крепежные элементы 5, выполненные, например, в виде многоступенчатых телескопических гидроцилиндров одностороннего действия. Нижняя лопасть винтового наконечника, не имеющая утолщений, выполнена с резцами-клыками 6, а на верхнем торце винтового наконечника выполнено утолщение 7 под гнездо 8 с пазами Г-образной формы для быстрого соединения-разъединения с монтажной штангой 9, представляющей собой трубу с ответными зубьями 10, Г-образной формы. Размеры и количество зубьев определяются расчетом. Для подачи рабочей среды в винтовой наконечник 2 в полом стержне 1 предусмотрена изолированная линия 11 с отверстием 12 под штуцер подвода рабочей среды и насосом (опрессовочным агрегатом) 13.
При необходимости дополнительного закрепления анкера инъекцией вяжущего продукта в грунт, последнее подается по пространству между стенкой полого стержня и изолированной линией внутри него с подводом вяжущего продукта по отдельной линии через отверстие 14 насосом 15.
Способ закрепления трубопровода на проектных отметках заключается в следующем. В вырытую траншею 16 укладывают трубопровод 17. После соединения стержня 1 с винтовым наконечником 2 устанавливают монтажную штангу 9 с зубьями 10 на конце в утолщение 7 винтового наконечника так, чтобы зубья 10 вошли в пазы гнезда 8. Машиной 18 проводят завинчивание анкеров в грунт (одного или двух одновременно) на заданном месте на заранее определенную глубину. При этом одному обороту винтового наконечника соответствует равное шагу лопасти осевое его перемещение, поддерживаемое вдавливанием, что обеспечивает сохранение естественной структуры грунта. При необходимости длины полого стержня 1 и штанги 9 могут быть увеличены наращиванием их любым известным способом.
Затем снимают монтажную штангу 9. В отверстие 12 устанавливают штуцер и подсоединяют к нему насос (опрессовочный агрегат) 13, подают рабочую среду под заданным избыточным давлением в полость винтового наконечника 2. Под давлением рабочей среды выдвижные крепежные элементы 5 выдвигаются из утолщений 4 лопастей 3, внедряются в неразрушенный грунт и дополнительно фиксируют в нем винтовой наконечник 2 анкера. Дают выдержку для застывания рабочей среды внутри полостей стержня 1 и винтового наконечника 2, после чего они становятся монолитными. Если не предусмотрено дополнительное закрепление анкера инъекцией вяжущего продукта в грунт, то устанавливают силовой пояс 19 между анкерами. Машина 18 направляется вдоль трассы трубопровода к следующей проектной отметке.
Если предусмотрено дополнительное закрепление анкера инъекцией вяжущего продукта в грунт, то устанавливают штуцер в отверстие 14, подсоединяют к нему насос 15 и подают вяжущий продукт в пространство между стенкой стержня 1 и изолированной линией внутри стержня 1. Дают выдержку для застывания вяжущего вещества, затем устанавливают силовой пояс 19, далее транспортное средство с насосами 13 и 15 направляется вдоль трассы к следующей отметке.
Предлагаемое техническое решение позволит исключить земляные работы, повысить удерживающую способность анкеров и сохранить трубопровод на проектных отметках в заболоченных и периодически обводняемых грунтах, ускоряет процесс балластировки.