КОМБИНИРОВАННЫЙ УТЯЖЕЛИТЕЛЬ ТРУБОПРОВОДА

Изобретение относится к строительству и может найти применение при сооружении трубопроводов различного назначения в условиях вечной мерзлоты, а также на переходах через болота, заболоченные и обводненные территории, где необходимо обеспечение устойчивости положения трубопровода в заполненных водой траншеях.
Известны комбинированные плитные балластирующие устройства, применяемые для балластировки подземных трубопроводов, содержащие располагаемые по обе стороны и соединенные гибкой связью балластные грузы с размещенным на них грунтом засыпки.
Известны комбинированные плитные балластирующие устройства, применяемые для балластировки подземных трубопроводов, содержащие располагаемые по обе стороны и соединенные гибкой связью балластные грузы с размещенным на них грунтом засыпки.
К ним могут быть отнесены утяжелители трубопровода (SU №1462935), содержащие горизонтально расположенные панели, превышающие по ширине диаметр трубопровода, шарнирно соединенные с парой V- образных панелей развернутых и подвешенных к гибким, размещенным над трубопроводом, двум перемычкам в средней зоне, ниже собственных центров тяжести их масс, а также грунт засыпки между ними.
При возникновении выталкивающей силы на трубопровод ей противостоит помимо трех железобетонных панелей и масса размещенного внутри них грунта.
К основным недостаткам данного утяжелителя следует отнести необходимость установки утяжелителя (панелей) до укладки трубопровода в траншею, а замыкание гибких перемычек над трубопроводом - после.
Кроме того, при использовании указанных утяжелителей возможен вынос грунта траншеи, что неизбежно приводит к снижению их балластирующей способности.
Известны и контейнерные утяжелители трубопровода (SU №1462933) каждый из которых выполнен составным из двух вставленных один в другой и взаимодействующих с откосами траншеи заполненных грунтом коробов
(фиксированных) торцевые стенки каждого из которых опираются на трубопровод по дуге и обеспечивают возможность перекрытия взаимодействующих с ним торцевых стенок другого.
Основные недостатки конструкции - сложность их изготовления и монтажа на трубопроводе.
Известен заполняемый грунтом утяжелитель трубопровода (SU N 1710913), содержащий пару располагаемых по обе стороны от трубопровода балластных грузов, выполненных в виде тонкостенных плит, снабженных тонкостенными грунтонесущими крыльями и соединенных между собой гибкой связью. Внутренние полости грузов, образованные грунтонесущими крыльями заполнены грунтом.
Недостатками данного технического решения, характеризующегося сравнительно малой массой изделия, являются сложность его изготовления, сложность транспортирования и установки, а также необходимость большого количества утяжелителей для установки на трубопровод, укладываемый в разработанные одноковшовыми экскаваторами траншеи.
Известно балластирующее устройство, преимущественно для обеспечения устойчивости положения трубопровода в траншее, содержащее 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, 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°.
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, каждый внутренний соединительный элемент выполнен в виде мягкой ленты или пояса, каждый внутренний соединительный элемент выполнен заодно с опорными
полотнищами, внутренний соединительный элемент выполнен заодно с опорными полотнищами в виде сплошного полотна. (RU №40668).
Недостатками данного изделия являются малая масса, сложность его изготовления, сложность транспортирования и установки, а также необходимость привлечения специалистов высокой квалификации персонала для осуществления установки конструкции на трубопровод таким образом, чтобы плиты были заведены ниже горизонтальной оси трубопровода и опирались на стенки траншеи, а мягкие силовые соединительные элементы, например пояса, располагались по возможности близко к вертикали в точках их крепления к опорным плитам с одновременным обеспечением симметричного положения опорных плит по отношению к трубопроводу.
Наиболее близким к заявляемому является 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, в котором шарниры установлены в пазах, выполненных на лобовых поверхностях блоков, глубина которых, по меньшей мере, равна наружной части шарнира, причем длина паза от обращенной к трубопроводу плоскости блока превышает 0,6 ширины блока в поперечном сечении, а расстояние между шарниром и обращенной к трубопроводу плоскостью блока составляет не менее 0,45 ширины блока в поперечном сечении. Место установки шарнира выбрано из условия обеспечения опирания блока на дно траншеи, по меньшей мере, в одной точке, шарниры размещены в горизонтальной плоскости продольной симметрии трубопровода, балластные блоки в поперечном сечении выполнены в виде неправильного пятиугольника или шестиугольника, паз выполнен сквозным или сужающимся от трубопровода к откосу траншеи или открытым со стороны трубопровода и закрытым со стороны откоса траншеи, шарниры выполнены прямолинейными или криволинейными в виде крюков, направление кривизны которых совпадает с направлением гибкой перемычки, а балластные блоки со стороны трубопровода в нижней их части снабжены защитными накладками. Над трубопроводом и блоками располагается вовлекаемый в работу балластный сыпучий грунт засыпки траншеи, увеличивающий балластирующую способность
утяжелителя. Это достигается тем, что установке утяжелителя происходит поступление сыпучего грунта на стенки блоков и, по меньшей мере, частичное замыкание массы грунта с блоками, что направлено на надежную фиксацию утяжелителя с трубопроводом в траншее. (RU №62684, прототип).
Недостатками данного утяжелителя являются низкая надежность из-за нестабильности работы насыпаемого на блоки сыпучего грунта, так как в случае его размыва грунтовыми водами резко снижается общая балластирующая способность утяжелителя, причем практически всегда возникает неравномерность утяжеляющего воздействия на трубопровод в результате не одинакового размыва грунта с разных сторон от трубопровода. По этой причине производится вынужденная установка избыточного количества утяжелителей для компенсации возможной эрозии насыпного грунта, тем самым увеличиваются стоимость изготовления и затраты на транспортирование. Для ревизии состояния поверхностей трубопровода, взаимодействующих с железобетонными блоками, требуется трудоемкое ручное откапывание насыпного грунта, так как экскаватором может быть поврежден трубопровод.
Таким образом, применение железобетонных утяжелителей требует большого расхода сборного железобетона, а при использовании вместо железобетонных блоков лишь текстильных утяжелителей (RU №2292293, RU №48387) необходимо значительное уширение дна траншеи и увеличение количества утяжелителей, т.к. плотность балластного сыпучего материала в несколько раз меньше плотности железобетона.
Технической задачей полезной модели является создание эффективного утяжелителя и расширение арсенала утяжелителей трубопровода.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в повышении экономической эффективности за счет комбинированного использования железобетонного и доступного балластного сыпучего материала, повышении устойчивости положения и надежности балластировки трубопровода благодаря более полному использованию балластирующей способности балластного сыпучего материала, исключению возможности размыва балластного сыпучего материала, заключенного в емкостях, грунтовыми водами, а также в сокращении времени монтажа и демонтажа утяжелителя, обеспечении простого доступа для контроля (ревизии) состояния трубопровода.
Сущность полезной модели состоит в том, что утяжелитель трубопровода, содержащий два симметрично располагаемых по обе стороны трубопровода балластных железобетонных блока с поперечным сечением в виде многоугольника, выполненных с продольными стенками для взаимодействия с балластным сыпучим материалом, а также закрепленные на торцевых поверхностях блоков шарниры, к которым по обе стороны каждого блока присоединены налагаемые на трубопровод ветви гибкой перемычки, снабжен текстильными емкостями для заполнения балластным сыпучим материалом, выполненными с возможностью установки их в заполненном состоянии на продольные стенки каждого из упомянутых железобетонных блоков между ветвями гибкой перемычки этих блоков по обе стороны трубопровода.
При этом емкости выполнены с длиной, не превышающей длину продольных стенок утяжелителя, а также емкости соединены дополнительной гибкой перемычкой, длина которой выполнена меньшей длины перемычек, соединяющих железобетонные блоки, причем дополнительная перемычка выполнена в виде элементов из группы: шнуров, тканных лент, полотнищ.
Предпочтительно емкости закреплены на железобетонных блоках с помощью элементов из группы: шнуров, тканных лент.
Дополнительная перемычка может быть выполнена в виде рукава.
В частных случаях реализации шарниры установлены в пазах, выполненных на лобовых поверхностях блоков.
Балластные блоки выполнены с поперечным сечением в форме неправильного пятиугольника или в форме неправильного шестиугольника.
Шарниры выполнены прямолинейными или криволинейными в виде крюков.
Предпочтительно балластные блоки со стороны трубопровода в нижней их части снабжены защитными накладками, а емкости снабжены загрузочными рукавами с тесьмой для завязывания после заполнения.
На чертеже фиг.1 изображен вид сбоку на комбинированный утяжелитель, на фиг.2 - вид под углом 90° по фиг.1 со стороны борта траншеи (вдоль трубопровода).
Утяжелитель трубопровода содержит пару симметрично расположенных по обе стороны от балластируемого трубопровода 1 и контактирующих с ним плоскими стенками (не обозначены) балластных железобетонных блоков 2, выполненных в
поперечном сечении в виде неправильных многоугольников, например, шестиугольников, на лобовых (торцевых) поверхностях которых ниже их центров тяжести в пазах 3 установлены шарниры 4, к наружной части каждого из которых присоединены наложенные на трубопровод 1 гибкие перемычки (силовые пояса) 5 железобетонных блоков 2. Перемычки 5 своими ветвями (не изображены) соединены с шарнирами 4 на обеих торцевых поверхностях (стенках) блоков 2. На обращенные вверх продольные стенки балластных блоков 2 симметрично относительно трубопровода 1 по обе стороны последнего между ветвями перемычки 5 установлены заполненные балластным сыпучим материалом емкости 6 текстильного контейнера, соединенные дополнительной перемычкой 7, длина которой выполнена меньшей длины перемычек 5. С каждой стороны трубопровода 1 на продольную стенку блока 2, образующую свободное пространство с поверхностью трубопровода 1, может быть установлено по одной емкости 6 или более. Емкости 6 могут быть закреплены (например, привязаны) к блокам 2 с помощью элементов из группы: шнуров, тканных лент (не изображены). Длина емкости 6 вдоль продольных стенок блока 2, т.е. вдоль трубопровода, не превышает длину обращенных вверх продольных стенок балластных блоков 2. Перемычки 5 своими ветвями препятствуют сползанию емкостей 6 по краям блоков 2. Таким образом, в комбинированном утяжелителе взаимодействие плоских продольных стенок блоков 2 с балластным сыпучим материалом реализуется с помощью емкостей 6 текстильного контейнера, содержащих этот материал. Емкости 6 (стенки, дно) и перемычки 5, 7 изготавливаются из прочной технической ткани, устойчивой к воздействию воды, нефтепродуктов и т.п. веществ, предпочтительно, маловпитывающей, не промокаемой. Стенки и дно емкостей 6 могут быть выполнены многослойными. Перемычка 7 текстильного контейнера может быть выполнена в виде шнуров или тканных лент, или полотнищ, или рукава, объединяющего емкости 6. Если дополнительная перемычка 7 выполнена в виде рукава, емкости 6 по существу соединены внутренними объемами. Емкости 6 снабжены загрузочными рукавами с тесьмой для завязывания после заполнения (не изображено). На чертежах места крепления перемычки 7 к емкостям 6 и форма последних при заполненном состоянии последних показаны условно. При этом. каждая емкость 6 в исходном положении может иметь призматическую или пирамидальную (т.е. близкую или подобную усеченной правильной или
неправильной пирамиде) фору и боковые стенки в форме трапеции. При установке на блоки 2 емкости 6 выступают над верхними краями блоков 2 (фиг.2).
Место установки шарнира 4 в пазах 3, как правило, может быть выбрано из условия обеспечения опирания блока 2, на дно 8 траншеи, по меньшей мере, в одной точке. В результате предлагаемая конструкция утяжелителя гарантированно вовлекает в работу балластирующую способность грунтов засыпки (балластного сыпучего материала) в емкостях 6 над ними.
В частных случаях реализации блоков 2 пазы 3 могут выть выполнены сквозными или закрытыми (с длиной от обращенной к трубопроводу плоскости блока 2 превышающей 0,6 ширины блока 2 в поперечном сечении) со стороны откосов, сужающимися от трубопровода 1 к откосам траншеи (не обозначены). В частных случаях реализации балластные блоки 2 в поперечном сечении выполнены в виде неправильного шестиугольника или неправильного пятиугольника.
В частных случаях реализации шарниры 4 выполнены прямолинейными или криволинейными в виде крюков, направление кривизны которых совпадает с направлением гибкой перемычки 5.
Предпочтительно, шарниры 4 размещены в горизонтальной плоскости продольной симметрии трубопровода 1, гибкая перемычка 5, с учетом ее удлинения под нагрузкой, допускает развал блоков 2 утяжелителя в точках касания трубопровода 1 не более, чем на 15 угловых градусов, а балластные блоки 2 со стороны трубопровода 1 в нижней их части снабжены защитными накладками (не изображены).
Для производства партии утяжелителей для конкретного объекта изготавливается макет траншеи и трубопровода 1. Место требуемого расположения шарниров 4 в пазах 3 определяется подбором - путем последовательной перестановки шарниров 4 в пазу 3 в пределах указанной области подбора. Координаты данной точки фиксируются и вводятся в конструкторскую документацию для этой партии утяжелителей. В настоящее время возможно также компьютерное моделирование для нахождения требуемых координат шарниров 4. После этого эмпирически (на макете трубопровода) или простейшим арифметическим расчетом определяется длина перемычки 7, объединяющей емкости 6, из условия обеспечения возможности установки заполненных емкостей 6 на стенки балластных блоков 2 симметрично по обе стороны относительно
трубопровода 1. Длина перемычки 7 также вводится в конструкторскую документацию для этой партии утяжелителей.
Утяжелитель работает следующим образом.
Навеска гибких перемычек 5 на балластные блоки 2 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 утяжелителей гибкими перемычками 5. В процессе погрузочно-разгрузочных работ, транспортировки блоков 2 утяжелителя и его монтажа шарниры 4 не повреждаются, так как находятся в пазах 3 и недоступны для механических воздействий, касательных к стенкам блоков 2. Затем заполняют емкости 6 балластным сыпучим материалом и завязывают загрузочные рукава тесьмой. Монтаж емкостей 6 на блоки 2 выполняется также краном-трубоукладчиком. По окончании монтажа над блоками 2 располагаются емкости 6 с грунтом, вовлекаемым в работу и увеличивающим суммарную балластирующую способность утяжелителя, что направлено на надежную фиксацию трубопровода в траншее. Дно емкости 6 приобретает конфигурацию, ответную конфигурации продольной стенки блока 2, на которую он установлен.
В процессе эксплуатации при приложении выталкивающей нагрузки установленные под углом до 15 градусов балластные блоки 2 и емкости 6 утяжелителя с наложенными на трубопровод 1 гибкими перемычками 5,7 защемляют трубопровод 1 и обеспечивают устойчивость его положения в заполненной водой траншее. При этом, балластирующая способность утяжелителей определяется как массой самой конструкции блоков 2, так и массой грунта засыпки в емкостях 6, находящихся непосредственно над балластными блоками 2 и взаимодействующих с плоскими стенками последних.
Грунт в емкостях 6 (т.е. балластный сыпучий материал, взаимодействующий с плоскими продольными стенками блоков 2), не доступен уносу грунтовыми и паводковыми водами, в результате чего он не подвержен размыванию, т.е. суммарная масса и суммарная балластирующая способность устройства в целом практически не изменяются. Расположение шарниров 4 и опирание блоков 2 на дно 8 траншеи, по меньшей мере, в одной точке исключают возможность передачи усилия от всей массы грунта в емкостях 6 и блоков 2 на боковые стенки трубопровода 1 и, тем самым, обеспечивает длительную сохранность защитного
покрытия, целостность самого трубопровода 1 и надежную фиксацию утяжелителя с трубопроводом 1 в траншее. В результате под действием практически неизменного суммарного усилия со стороны блоков 2 и емкостей 6 утяжелителя исключается всплытие трубопровода 1 под воздействием подъемной силы.
При необходимости ревизии состояния трубопровода 1 текстильный контейнер оперативно снимается с трубопровода 1 краном, а затем снимаются блоки 2.
Предлагаемый утяжелитель обеспечивает надежную балластировку и долговечность трубопровода, сокращают стоимость и материалоемкость конструкции, а также обеспечивает максимальное использование балластирующей способности грунтов.
Таким образом, создан эффективный утяжелитель и расширен арсенал утяжелителей трубопровода.
При этом повышена экономическая эффективность за счет комбинированного использования железобетонного и доступного балластного сыпучего материала, повышены устойчивость положения и надежность балластировки трубопровода благодаря более полному использованию балластирующей способности балластного сыпучего материала, исключению возможности размыва заключенного в емкости балластного сыпучего материала грунтовыми водами, сокращению времени монтажа, обеспечению простого доступа для контроля состояния трубопровода.