КОНСТРУКЦИЯ ОПОРНО-ПОДВЕСНОГО БЕТОННОГО УТЯЖЕЛИТЕЛЯ

Предлагаемое техническое решение относится к области средств, используемых при строительстве или ремонте для балластировки расположенных в траншеях трубопроводов и обеспечивающих их проектное положение в процессе эксплуатации на участках растепления и морозного пучения многолетнемерзлых грунтов, в том числе и на углах поворота трубопроводов, и позволяет снизить трудоемкость монтажа утяжелителя и упростить изготовление.
Известны железобетонные утяжелители типа УБО и УБО-М, в конструкцию которых входит два железобетонных блока утяжелителей и два соединительных пояса с петлями, разрешенные к применению в соответствии с ведомственными нормами (ВСН 39-1.9-003-98) «Конструкции и способы балластировки и закрепления подземных газопроводов».
Известен также секционный утяжелитель трубопровода, содержащий соединенную парой параллельно наложенных на трубопровод перемычек, пару V-образных подвешенных плоских бетонных блоков, центр масс каждого из которых расположен выше точки его подвеса к перемычке (патент SU №1283485 A1, F16L 1/02, опубл. 15.01.1987).
Представленные типы бетонных утяжелителей имеют достаточно большое сопротивление в грунте и при установке их на криволинейных участках трубопровода при осевых эксплуатационных перемещениях в грунте относительно бетонного утяжелителя приводит к сбросу утяжелителя в местах поворота трубопровода, и как следствие, к всплытию его участков и последующим негативным воздействием, вплоть до разрушений.
Кроме того, установкой данного типа пригрузов создаются сопряжения узкополосной прямолинейной поверхности бетонного пригруза с криволинейной поверхностью изолированного, и тем более теплоизолированного, трубопровода, которые образуют негативные воздействия, провоцирующие нарушение целостности изоляционных покрытий и, как следствие, условия коррозионных процессов металла труб.
Известным является «Утяжелитель трубопровода бетонный» (патент RU, №60668, F16L 1/06, опубл. 27.01.2007) и «Утяжелитель охватывающий для трубопровода» (патент RU №2494303, C1 F16L 1/06, опубл. 27.09.2013), в которых применены пластичные материалы с антифрикционными свойствами, нанесенные в процессе изготовления блоков, причем покрытие расположено по всей высоте боковой поверхности упомянутых участков с образованием сплошного защитного покрытия или расположенных дискретно по длине блока его зон контакта с трубой.
Известен «Утяжелитель железобетонный охватывающего типа УБО-УМ (патент RU №106632, E02D 17/00, опубл. 20.07.2011), у которого со стороны, обращаемой к трубопроводу, блок имеет защитный коврик предпочтительно Т-образной формы с вырезами в местах расположения ниже монтажных приспособлений.
Однако представленные конструкции утяжелителей не всегда обеспечивают высокую надежность от многократных осевых перемещений трубопровода при долговременной эксплуатации.
Известна конструкция кольцевых бетонных утяжелителей, обеспечивающая возможность эксплуатации трубопровода без повреждения его изоляции при осевых перемещениях трубопровода и без возможности сброса утяжелителей на криволинейных участках (патент RU №91612, F16L 1/100, опубл. 20.02.2010).
Конструкция кольцевых бетонных утяжелителей не обеспечивает снижения удельного давления на дно траншеи при экстремальном растеплении грунта обваловки и не исключает локальных напряжений по нижней образующей трубы на участках морозного пучения.
Известен утяжелитель трубопровода (патент RU 2066807, F16L 1/06, опубл. 20.09.1996), содержащий два блока и силовой пояс. Блоки опираются на дно траншеи и скосами контактируют с трубопроводом. Скос блока имеет обычный для П-образных клиновых утяжелителей угол полуклина 25-30°, обеспечивающий минимальные контактные напряжения в стенке трубы. Для возможности разворота блоков при монтаже в узкой траншее каждый из них снабжен дополнительным скосом, придающим сечению блока вместе с основным скосом ромбовидную форму. Угол этого скоса 45°. Концы силового пояса закреплены впотай в конических отверстиях блоков, которые расположены под трубопроводом и контактируют с грунтом засыпки траншеи. Работает утяжелитель следующим образом. Монтируют его посредством траверсы за петли на трубопровод, размещенный в траншее на низких опорах. После касания трубы силовым поясом и обтяжки ее происходит по мере спуска траверсы разворот висящих блоков к горизонтальному положению. После освобождения от траверсы блоки принимают положение «в линию». Завершив монтаж утяжелителей, трубопровод поднимают, освобождают траншею от временных опор и укладывают на дно трубопровод. При этом трубопровод способен защемить расположенные под ним блоки в положении «под углом». Траншею и блоки утяжелителей засыпают. Уже под дополнительным весом грунта засыпки защемленные блоки могут принять положение «в линию». Данное техническое решение имеет следующие недостатки:
- для установки блоков под трубопровод необходимо применять временные опоры,
- по мере спуска траверсы с разворотом висящих блоков возможно соударение их с трубой, что не исключает повреждение изоляции до укладки трубы на скосы утяжелителей,
- плоский скос контактной поверхности блока утяжелителя создает большие контактные напряжения в стенке трубы в сравнении с сопряжением трубопровода с криволинейной поверхностью конструкции опорно-подвесных бетонных утяжелителей,
- использование трубопровода для защемления «под углом» и для последующего принятия «в линию» провоцирует условия повреждения изоляции.
Технической задачей является создание конструкции опорно-подвесного бетонного утяжелителя, обеспечивающего большую устойчивость подземного трубопровода при экстремальном растеплении грунта обваловки и нивелирование локальных участков морозного пучения под трубопроводом.
Достигается это тем, что в конструкции опорно-подвесного бетонного утяжелителя трубопровода, содержащей две бетонные балки, соединенные между собой мягкими силовыми поясами через крепежные элементы, размещенные в стенках балки, амортизационную прокладку, расстилаемую до укладки трубы на внутреннюю криволинейную поверхность каждой балки, обращенной к трубе, предусмотрено сочетание внутренней криволинейной поверхности балки, обращенной к трубе, и противоположной опорной прямолинейной поверхности балки. При этом длина данного утяжелителя трубопровода составляет 0,8 от длины поставляемых труб на прямолинейном участке.
Сочетание криволинейной поверхности каждой балки, обращенной к трубе, и прямолинейной поверхности опорной поверхности балок, прилегающих ко дну траншеи, обеспечивает увеличение площади сопряжения между контактирующими поверхностями утяжелителя и трубопровода по сравнению с известными конструкциями бетонных утяжелителей и, соответственно, большую устойчивость положения подземных трубопроводов на проектных отметках.
Укладка трубы в ложемент криволинейных поверхностей бетонных балок значительно снижает удельное контактное давление в местах соприкосновения после соединения их с трубой гибкими силовыми поясами и исключает операции по подбивке пазух при выполнении обратной засыпки трубопровода грунтом. Раскладкой балок конструкции утяжелителя с просветом в поперечном сечении траншеи с равными промежутками (около 0,2 Dтр.) между внутренними стенками балок со стороны криволинейных граней исключает непосредственный контакт нижнего сегмента трубы с грунтом основания траншеи, а после укладки труб в криволинейный ложемент утяжелителей создается воздушное пространство между теплым трубопроводом и поверхностью многолетнемерзлых грунтов, что сокращает размеры ореола растепления и нивелирует морозное пучение грунта под трубопроводом. В результате использования данной конструкции достигается технический результат - снижение удельного давления всей конструкции на дно траншеи и, следовательно, повышение эксплуатационной надежности забаластированного подземного трубопровода.
Для типоразмера утяжелителя, равного 0,8 от длины трубы, в противоположной криволинейной поверхности балки предусматривается наличие в каждой из железобетонных балок 3-х глухих пазов с шагом 2 м, в которых размещены стержни для навески соединительных поясов.
Монолитность конструкции длинномерного утяжелителя осуществляется при соединении 3-х мягких силовых поясов, охватывающих трубопровод с натягом. Мягкие соединительные пояса изготавливаются по ТУ 51-02-96.
Описанная конструкция утяжелителя при наличии с одной стороны у каждой балки дугообразной поверхности обеспечивает наименьшее сопротивление контактирующих поверхностей при подвижке трубопровода, что предотвращает повреждение изоляции.
На фиг. 1 представлен общий вид прямолинейного участка трубопровода, находящегося в траншее и закрепленного на проектных отметках опорно-подвесными бетонными утяжелителями (засыпка траншеи изображена условно).
На фиг. 2 представлен поперечный разрез трубопровода между опорными бетонными балками после засыпки траншеи грунтом.
На фиг. 3 представлен поперечный разрез трубопровода, уложенного на балки, скрепленные с трубой мягкими силовыми поясами. Наименование позиций, представленных на фиг. 1-3:
1 - балка;
2 - балластируемый трубопровод;
3- мягкий силовой пояс;
4 - амортизационная прокладка;
5 - глухой паз;
6 - монтажный стержень для присоединения мягких силовых поясов.
3
Конструкция опорно-подвесного бетонного утяжелителя содержит две балки, выполненные из бетона класса В 12,5-22,5 с объемной плотностью не ниже 2300 кг/м. При этом масса такого утяжелителя будет составлять (в зависимости от диаметра трубопровода к которому он подвешивается) от 1 до 7 т (фиг. 1). Внешняя поверхность каждой балки имеет три глухих паза 5 с монтажными стержнями 6.
Балки 1 (фиг. 2, 3) устанавливают на дно траншеи с зазором «b» между собой, обеспечивая поперечный размер утяжелителя, равный диаметру трубопровода 2. На обращенную к трубе внутреннюю поверхность балок 1, имеющих форму цилиндрической поверхности, предварительно укладывают амортизационные прокладки 4. Расстояние между спаренными балками длиной 0,8 от длины трубы вдоль оси трубопровода на прямолинейном участке газопровода составляет 0,2 длины трубы. Сваренный участок трубопровода укладывается трубоукладчиками на криволинейную поверхность бетонных балок с последующим соединением в монолитную конструкцию утяжелителя с трубой мягкими соединительными поясами 3. Этим обеспечивается гарантированное закрепление трубопровода на проектных отметках.
Такая конструкция опорно-подвесного бетонного утяжелителя позволяет эффективно использовать их при прокладке и реконструкции трубопроводов в местах многолетнемерзлых грунтов различного типа в траншеях криволинейного очертания, в том числе на участках многолетнемерзлых грунтов островного типа и при замене отдельных труб по результатам внутритрубной и наземной диагностики.