БАЛЛАСТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к трубопроводному транспорту и предназначена для обеспечения устойчивого положения трубопроводов в заполненных водой траншеях при прокладке в обводненной и заболоченной местности, в условиях распространения вечномерзлых грунтов, на переходах через болота и т.п.
Известно балластирующее устройство, преимущественно для обеспечения устойчивости положения подземных трубопроводов, содержащее опорные плиты в виде жестких четырехугольных рамок, края которых соединены между собой гибкими соединительным элементами с длинами, выбранными из условия обеспечения симметричного наклонного расположения опорных плит по обе стороны трубопровода ниже горизонтальной оси последнего, под углом менее 10°, а на каждой рамке установлено опорное полотнище для засыпного материала (RU №2171941).
Недостатками данного устройства являются низкая надежность, связанная с неоптимальным угловым расположением рамок относительно сторон траншеи, не учитывающим реальную
конфигурацию траншеи, недостаточная эффективность устранения возможности всплытия трубопровода, высокая трудоемкость изготовления и большой разброс по эффективной площади, связанные с выполнением рамок в виде сварной металлической конструкции, что усложняет установку опорного полотнища и ремонт устройства в целом.
Технической задачей данной группы полезных моделей одинакового назначения, объединенных единым техническим замыслом, является создание экономичного и эффективного балластирующего устройства, а также расширение арсенала балластирующих устройств.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи во всех вариантах полезной модели, состоит в устранении возможности всплытия трубопровода за счет нагруженных засыпным материалом опорных плит, снижении трудоемкости сборки за счет исключения операций сварки, сокращении разброса по эффективной площади благодаря изготовлению плит на специализированном производстве, сокращении времени монтажа устройства на трубопроводе, упрощении транспортирования, повышении ремонтопригодности при эксплуатации, снижении количества брака при изготовлении.
Сущность полезной модели по первому варианту состоит в том, что балластирующее устройство, преимущественно для обеспечения устойчивости положения трубопровода в траншее, содержит две опорные плиты в виде жестких четырехугольных рамок, на каждой из которых установлено опорное полотнище для засыпного материала, и соединенные с плитами внутренние и наружные соединительные элементы для установки плит в симметричное наклонное положение относительно трубопровода, при котором концы каждого наружного соединительного элемента расположены выше концов каждого внутреннего соединительного элемента, причем каждая рамка выполнена сборной из двух продольных штанг с направляющими выступами и, по меньшей мере, двух поперечных штанг, установленных концами на указанных выступах, при этом каждый внутренний соединительный элемент выполнен с длиной не менее суммы диаметра и половины длины окружности трубопровода, а каждый наружный соединительный элемент выполнен с длиной, выбранной из условия наклонного расположения плит относительно горизонтальной плоскости под углом не менее 10°.
Предпочтительно продольные и поперечные штанги выполнены в виде полых профилей, например, труб, полотнища выполнены из технических тканей или нетканого синтетического
материала, непроницаемого для обводненного засыпного материала, а каждый внутренний соединительный элемент выполнен в виде мягкой ленты или пояса или выполнен заодно с опорными полотнищами, например в виде сплошного полотна.
Сущность полезной модели по второму варианту состоит в том, что балластирующее устройство, преимущественно для обеспечения устойчивости положения трубопровода в траншее, содержит две опорные плиты, имеющих каждая опорную поверхность для засыпного материала, и соединенные с плитами внутренние и наружные соединительные элементы для установки плит в симметричное наклонное положение относительно трубопровода, при котором концы каждого наружного соединительного элемента расположены выше концов каждого внутреннего соединительного элемента, причем каждая опорная плита выполнена в виде монолитной плиты со сплошной опорной поверхностью, каждый внутренний соединительный элемент выполнен с длиной не менее суммы диаметра и половины длины окружности трубопровода, а каждый наружный соединительный элемент выполнен с длиной, выбранной из условия наклонного расположения плит относительно горизонтальной плоскости под углом не менее 10°.
Предпочтительно опорная плита содержит, по меньшей мере, один материал из группы: железобетон, фибробетон, пластик, композиционный материал, каждая опорная плита снабжена, по меньшей мере, одним ребром жесткости, каждый внутренний и наружный соединительный элемент выполнен в виде мягкой ленты или пояса.
Кроме того, каждая опорная плита может быть снабжена закладными деталями, закрепленными на плитах, например, в глухих или открытых пазах, с возможностью крепления внутренних и наружных соединительных элементов.
На чертеже фиг.1 изображено схема установки балластирующего устройства на трубопроводе по первому варианту полезной модели, на фиг.2 - схема установки балластирующего устройства на трубопроводе по первому варианту в частном случае исполнения, когда внутренний соединительный элемент выполнен заодно с опорными полотнищами, на фиг.3 - схема установки балластирующего устройства на трубопроводе по второму варианту полезной модели.
Балластирующее устройство по фиг.1 содержит две опорные плиты 1, 2 в виде жестких четырехугольных рамок на каждой из которых установлено опорное полотнище 3 для засыпного
материала, и соединенные с плитами 1, 2 внутренние и наружные соединительные элементы 4, 5, соответственно, для установки плит 1, 2 в симметричное наклонное положение относительно цилиндрического трубопровода 6. В этом положении концы наружных соединительных элементов 4 расположены выше концов внутренних соединительных элементов 5. Полотнища 3 на фиг.1, 2 изображены пунктиром в прогнувшемся состоянии. Каждая рамка плит 1, 2 выполнена сборной из двух продольных штанг 7, 8 с направляющими выступами (не изображены) и, по меньшей мере, двух поперечных штанг (не обозначены), установленных концами на указанных выступах. Внутренние соединительные элементы 4 выполнены с длиной не менее суммы диаметра и половины длины наружной (описанной) окружности трубопровода 6, а наружные соединительные элементы 5 выполнены с длиной, выбранной из условия наклонного расположения плит 1, 2 относительно горизонтальной плоскости под углом не менее 10°.
Длина элементов 5 может быть определена эмпирически или расчетным путем из геометрических параметров, на основании известной длины и вертикального расположения участков соединительных элементов 4, соединенных с плитами 1, 2 и лежащих ниже горизонтальной плоскости симметрии
трубопровода 6, заданного угла расположения плит 1, 2, ширины плит 1, 2 и диаметра трубопровода 6.
Предпочтительно продольные и поперечные штанги плит 1, 2 выполнены в виде полых профилей, например, труб круглого или прямоугольного сечения, полотнища 3 выполнены из технической ткани или из нетканого синтетического материала, непроницаемого для обводненного засыпного материала, а внутренние и наружные соединительные элементы 4, 5 выполнены в виде мягких лент или поясов. Внутренние соединительные элементы 4 соединены с поперечными штангами рамок плит 1, 2. Устройство может быть снабжено противоразмывочными перегородками из технической ткани или нетканого синтетического материала (не изображено).
Балластирующее устройство по фиг.2 аналогично фиг.1, за исключением того, что оно имеет единый внутренний соединительный элемент, выполненный заодно с опорными полотнищами в виде сплошного полотна 9 (условно выделено по всей длине). При этом внутренним соединительным элементом является часть полотна 9 между обращенными к трубопроводу 6 сторонами рамок плит 1, 2, а остальные части полотна 9 являются полотнищами опорных плит 1, 2.
Балластирующее устройство по фиг.3 содержит две опорные плиты 1, 2, имеющих каждая опорную поверхность для засыпного материала, и соединенные с плитами внутренние и наружные соединительные элементы 4, 5, соответственно, для установки плит 1, 2 в симметричное наклонное положение относительно трубопровода 6. Концы наружных соединительных элементов 5 расположены выше концов внутренних соединительных элементов 4. Каждая опорная плита 1, 2 выполнена в виде монолитной плиты со сплошной опорной поверхностью, например, из железобетона или из фибробетона или из пластика или из какого-либо композиционного материала, обладающего достаточной прочностью и жесткостью. Внутренние соединительные элементы 4 выполнены с длиной не менее суммы диаметра и половины длины окружности трубопровода 6, а наружные соединительные элементы 5 выполнены с длиной, выбранной из условия наклонного расположения плит 1, 2 относительно горизонтальной плоскости под углом не менее 10°. Внутренние соединительные элементы 4, соединенные с плитами 1, 2 ближе к трубопроводу 6, выполнены в виде мягких лент или поясов. Таким же образом могут быть выполнены и соединительные элементы 5.
При выполнении опорных плит 1, 2, например, из пластика каждая опорная плита 1, 2 снабжена, по меньшей мере, одним ребром жесткости (не изображено).
Каждая опорная плита 1, 2 снабжена закладными деталями (не изображены), закрепленными на плитах, например, в глухих или открытых пазах, с возможностью крепления внутренних и наружных соединительных элементов 4, 5.
Балластирующее устройство работает следующим образом.
Устройство со сборно-разборными плитами 1, 2 (фиг.1) поставляется в разобранном виде и монтируется, как правило, вблизи места эксплуатации путем соединения вручную продольных и поперечных штанг с помощью выступов для получения рамок плит 1, 2. При этом на месте сборки не требуется специализированного оборудования, например сварочного, допускающего высокий процент скрытого брака (низкое качество шва) и большой разброс по получаемым размерам и, соответственно по эффективной площади плит 1, 2. Тем самым сокращается объем брака и разброс по эффективной площади устройства. На рамках закрепляются полотнища 3. Плиты 1, 2 соединяются, в данном случае парными, гибкими соединительными элементами 4, 5. Во всех случаях концы наружных соединительных элементов 5, расположены выше
концов внутренних соединительных элементов 4. Устройство по фиг.3 также поставляется в разобранном виде и монтируется, как правило, вблизи места эксплуатации путем соединения железобетонных плит 1, 2 с соединительными элементами 4, 5 в виде мягких лент или поясов. При этом концы наружных соединительных элементов 5, соединенные с плитами 1, 2, расположены выше концов внутренних соединительных элементов 4, соединенных с плитами 1, 2 ближе к трубопроводу 6. Во всех вариантах устройство собирается с помощью стандартного инструмента в любом районе, предпочтительно, наиболее приближенном к местам эксплуатации (траншее).
Составные части устройства могут изготавливаться там же или поставляться партиями из других районов по кооперации. Транспортирование сборно-разборных конструкций является наиболее простым и может осуществляться любым видом транспорта.
С помощью специальной траверсы или с технологического мостика смонтированное устройство навешивается на трубопровод 6 таким образом, чтобы плиты 1, 2 были заведены ниже горизонтальной оси трубопровода 6 и опирались на стенки траншеи, а мягкие силовые соединительные элементы 4, например пояса, располагались по возможности близко к
вертикали в точках их крепления к опорным плитам 1, 2. При этом с помощью соединительных элементов 4, 5 обеспечивают симметричное положение опорных плит 1, 2 по отношению к трубопроводу 6. Плиты 1, 2 формируют емкости для засыпки грунтом. После этого траншея, в которой размещен трубопровод 6, собранный с балластирующим устройством, засыпается грунтом с помощью экскаватора. Массой грунта, воздействующей на плиты 1, 2, формируется удерживающее усилие, и тем самым, обеспечивается фиксация трубопровода 6 от вертикальных перемещений, способных привести к нарушению его работоспособности.
Во всех вариантах полезной модели по фиг.1-3, благодаря тому, что внутренние соединительные элементы 4 выполнены с длиной не менее суммы диаметра и половины длины окружности трубопровода 6, а наружные соединительные элементы 5 выполнены с длиной, выбранной из условия наклонного расположения плит 1, 2 относительно горизонтальной плоскости под углом не менее 10°, плиты 1, 2 располагаются ниже оси трубопровода под углом, как правило, большим 10°, и смещены к боковым сторонам траншеи, на дно которой опираются обращенные к трубопроводу 6 края плит 1, 2. В результате выталкивающая вертикальная образующая усилия,
формируемого как равнодействующая подъемной силы при всплытии и суммарной силы веса балластирующего грунта и плиты, направлена вне контура трубопровода 6.
При этом плитами 1, 2 нагрузки передаются на грунт по сторонам траншеи. В результате на сам трубопровод 6 эти выталкивающие нагрузки не воздействуют, и не могут стать причиной его всплытия. В таком положении устройство обеспечивает длительную стабильную эксплуатацию трубопровода 6 в сложных гидрогеологических условиях. Ремонт устройства, при необходимости, сводится к переборке с заменой неисправных частей на месте эксплуатации.
Таким образом, создано экономичное, несложное и эффективное балластирующее устройство, а также расширен арсенал балластирующих устройств.
При этом обеспечено устойчивость положения трубопровода на дне обводненной траншеи, снижена трудоемкость изготовления изделия за счет исключения операций сварки, сокращен разброс по эффективной площади, сокращено время монтажа устройства на трубопроводе, упрощено транспортирование, повышена ремонтопригодность при эксплуатации, снижено количества брака при изготовлении.