БАЛЛАСТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА И РАСПОРНАЯ РАМКА ДЛЯ БАЛЛАСТИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

Полезная модель относится к строительству трубопроводного транспорта и используется при прокладке подземных магистральных трубопроводов в условиях обводненных грунтов, в том числе в условиях распространения вечномерзлых грунтов, при прокладке трубопроводов на болотах, в обводненной траншее.
Из уровня техники известен аналог заявленной полезной модели -утяжелитель для прокладки подземного трубопровода, содержащий симметрично навешенную на трубопровод и заполненную грунтом пару емкостей, каждая из которых составлена из жесткой рамки и подвешенного к ней полуцилиндрического, выполненного из гибкого материала, контейнера (SU 769178 А, 1978, F 16 L 1/06).
Известный утяжелитель используют при групповой балластировке трубопроводов, при этом утяжелители в группе скрепляют за торцовые поперечины рамок. Недостатком известного решения является повышенный расход материала на торцовые стенки контейнеров, поскольку обе примыкающие стенки контейнеров выполняют одну функцию - являются разделителями для грунта засыпки.
Аналогом заявленного устройства также является утяжелитель трубопровода, известный из патента RU 2164636 С1, 27.03.2001, F 16 L 1/06.
Утяжелитель содержит пару емкостей, каждая из которых составлена из жесткой плоской рамки и подвешенного к ней полуцилиндрического, выполненного из гибкого материала контейнера.
Емкости выполнены многосекционными вдоль оси трубопровода, секции отделены промежуточными поперечными стенками и рамными распорками.
Емкости утяжелителя соединены между собой налагаемой на трубопровод связью - силовыми поясами, изготовленными из гибкого материала и закрепленными концами на внешних прогонах рамок.
Недостатком известного решения является повышенный расход грунта засыпки. При установке утяжелителей в группе (при непрерывной балластировке трубопровода) под действием грунта засыпки полотнища, образующие емкости деформируются и между соседними в группе утяжелителями возникают клиновидные зазоры, в которые просыпается балластирующий грунт засыпки.
Известен утяжелитель трубопровода, содержащий V-образно размещенную пару бетонных блоков, подвешенных на трубопроводе посредством силовых поясов и опирающихся нижней частью на дно траншеи. В каждом из блоков выполнена открытая сверху глухая полость, создающая дополнительный объем, заполняемый грунтом засыпки (см. SU 1710913 А1, 07.02.1992).
Недостатком известного решения является возможность повреждения изоляции трубопровода, повышенный расход бетона и значительные затраты при изготовлении утяжелителей и при транспортировании их к месту строительства трубопровода.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является утяжелитель трубопровода, известный из SU 1551930 А1, 23.03.1990. Известный утяжелитель содержит размещенные симметрично относительно продольной оси трубопровода емкости с жесткими прямоугольными каркасами - рамками.
Продольные стенки емкостей подвешены к каркасам и выполнены из полос гибкого материала.
Утяжелитель снабжен парой гибких перемычек образующих стенки емкостей.
Недостатком известного решения является низкая балластирующая способность утяжелителя, повышенная металлоемкость, возможность повреждения изоляции трубопровода.
Наиболее близким аналогом ко второму объекту - распорной рамке для балластирующего устройства (далее БУ) является распорная рамка для емкостей утяжелителя трубопровода, известного из документа RU 2220351 С1, 27.12.2003. Известное устройство - полимерно-контейнерное балластирующее устройство (ПКБУ) для трубопровода, содержит предназначенный для навешивания на него силовой пояс, соединяющий пару заполняемых грунтом симметричных относительно пояса и выполненных из гибкого материала емкостей, снабженных торцовыми стенками, накладку, пару гибких силовых перемычек, соединенных с наружными углами образующих каркас емкостей жестких плоских рамок, внутренними продольными сторонами опирающихся на трубопровод при навешивании на него ПКБУ, скрепленные с силовыми перемычками дополнительные торцовые стенки.
Дно емкостей и силовой пояс выполнены из единого полотнища, которое в своей средней части скреплено с накладкой и силовыми перемычками. В известном устройстве единое полотнище располагается под внутренними продольными сторонами жестких плоских рамок, а накладка - над единым полотнищем и выполнена многослойной. Жесткие плоские рамки выполнены разборными из трубчатых элементов с возможностью продольного соединения рамок устройств, а продольные стороны плоских рамок снабжены съемными жесткими вставками с возможностью их
фиксации при групповой балластировке трубопровода. Трубчатые элементы каркаса плоских рамок обеспечивают удобство сборки, особенно при групповой балластировке трубопровода, для чего в полости продольных элементов смежных рамок вводят жесткие элементы и фиксируют их. С рамками связаны заполняемые балластирующим грунтом емкости из гибкого материала. Продольные кромки единых гибких полотнищ, образующих емкости скреплены с верхними относительно трубопровода продольными сторонами (прогонами) плоских жестких рамок.
На верхних прогонах рамок зафиксированы края полотнища, образующего дно емкостей, а также проушины силовых перемычек.
При балластировке трубопровода плоские жесткие рамки располагаются наклонно и контактируют с ним нижними продольными сторонами ниже горизонтального диаметра трубопровода, при этом верхние продольные стороны рамок располагаются не выше верхней образующей трубопровода, что обеспечивается соотношением длин силового пояса и внешних силовых перемычек. Частным случаем использования БУ при прокладке трубопровода является выполнение устройства для траншеи увеличенной глубины, что характерно для прокладки трубопровода на пересеченном рельефе местности, а также для льдистых грунтов в условиях Севера. Известное устройство является материалоемким, не обеспечивает полного вовлечения материала единого полотнища, накладки в работу при эксплуатационных подвижках трубопровода, обладает значительной трудоемкостью при проведении пошивочных работ из-за необходимости прошивки многослойных элементов ПКБУ. Поскольку в условиях Севера траншея имеет увеличенную относительно рекомендованной СНиП глубину, то выступающие над верхней образующей трубопровода части балластирующего устройства не влияют на увеличение объема земляных работ. В этом случае целесообразно использовать БУ с увеличенным размером емкостей под балластирующий грунт, для чего поперечные
элементы плоских жестких рамок выполняют увеличенной длины. При балластировке верхние продольные элементы рамок располагаются выше верхней образующей трубопровода. Для более полного использования объема БУ силовые перемычки при этом снабжают верхними дополнительными торцовыми стенками, которые препятствуют высыпанию грунта из утяжелителя. В указанных условиях плоские рамки утяжелителя находятся в сложном напряженном состоянии, вызванном воздействием значительного веса балластирующего грунта и распирающих усилий, действующих от гидростатического воздействия слоя грунта засыпки на боковые поверхности емкостей утяжелителя.
Кроме того, замки, соединяющие прогоны и распорные элементы, скреплены с прогонами сварными швами. В узлах рамок, где размещены замки, для трубопроводов диаметром 1200-1420 мм общая нагрузка составляет 80-100 тонн. Необходимо также учитывать эксплуатационные нагрузки, например, продольные перемещения трубопровода, когда утяжелитель защемлен в грунте засыпки. Таким образом, узлы соединения продольных и поперечных элементов рамки находятся в сложном напряженном состоянии, а при загрузке емкостей утяжелителя балластирующим грунтом односторонняя нагрузка от засыпаемой первой емкости вызывает скручивание рамок, что создает дополнительный крутящий момент, воздействующий на замки рамки.
Учитывая условия эксплуатации (размещение в обводняемых грунтах, значительные нагрузки на элементы рамки), сварной шов следует выполнять плотным, без дефектов, то есть сварочные работы должен выполнять сварщик высокой квалификации - не ниже пятого разряда.
Таким образом, существует задача создания рамки утяжелителя, которая обеспечивает технологичность ее изготовления, устраняет или снижает количество сварных швов, приводит к устранению механической
обработки замков, устраняет рихтовку рамки после выполнения сварочных работ.
Задачей, решаемой заявленной группой полезных моделей, является повышение надежности балластировки трубопровода за счет полного вовлечения в работу грунта засыпки траншеи в различных условиях эксплуатации трубопровода, упрощение конструкции каркаса распорных рамок емкостей БУ.
Указанная задача решается тем, что балластирующее устройство (БУ) для подземного трубопровода, содержащее соединенные гибкими поясами и перемычками емкости, предназначенные для заполнения их сыпучим материалом при балластировке трубопровода, при этом каждая из емкостей снабжена рамкой жесткости в котором для увеличения балластирующей способности каждая емкость снабжена каркасной поворотной панелью с возможностью фиксации ее углового положения относительно рамки жесткости.
В частных случаях реализации полезной модели соединение каркасной поворотной панели с рамкой жесткости выполнено разъемным или неразъемным. Соединение поворотной панели с рамкой жесткости выполнено посредством гибкого элемента.
Фиксация каркасной поворотной панели относительно рамки жесткости осуществляется жестким упором или механическим фиксатором. Фиксация каркасной поворотной панели относительно рамки жесткости осуществляется, по крайней мере, двумя гибкими тягами. Гибкие тяги скреплены с гибкими поясами БУ и продольными или поперечными элементами каркаса поворотной панели.
БУ снабжено дополнительными гибкими тягами, соединяющими продольные элементы каркаса поворотной панели.
БУ снабжено выполненными из гибких полотнищ торцовыми парными перегородками-косынками, скрепленными своими верхними кромками с гибкими тягами, а нижними - с гибкими поясами БУ.
БУ снабжено дополнительными торцовыми перегородками, каждая из которых соединена с углами каркасов противолежащих поворотных панелей, верхняя кромка каждой дополнительной торцовой перегородки скреплена с соответствующей дополнительной гибкой тягой, причем нижняя кромка каждой дополнительной торцовой перегородки скреплена с гибкой тягой соответствующей поворотной панели или выполнена с возможностью наложения нижней кромки изнутри на полотнища торцовых парных перегородок.
Кроме того, задача решается тем, что распорная рамка БУ подземного трубопровода, выполненная из металлопроката в виде замкнутого многоугольного каркаса для емкости БУ и содержащая соединенные замками в углах рамки несущие элементы - прогоны и распорные элементы и которая снабжена дополнительной каркасной поворотной рамой, содержащей прогоны и распорные элементы, а несущая панель поворотной рамы образована полотнищем гибкого материала.
В частных случаях реализации полезной модели рамки каждый ее замок обеспечивает соединение прогонов и распорных элементов под углом 90 градусов, а прогоны и распорные элементы выполнены из проката - круглых, квадратных, прямоугольных в сечении труб, или из уголков, швеллеров.
Кроме того, замки рамки образованы изгибом концов прогона, замки образованы гнутыми или штампованными отводами, концы которых неразъемно соединены с концами прогона. В частном случае выполнения рамки замки образованы гнутыми или штампованными отводами, концы которых неразъемно соединены с концами распорных элементов, а каждый
трубчатый распорный элемент имеет диаметр меньший, равный или превосходящий диаметр соответствующего трубчатого прогона.
Кроме того, рамка снабжена одним или несколькими дополнительными прогонами, расположенными, предпочтительно, в средней части рамки. Причем соединение каркасной поворотной панели с рамкой жесткости выполнено разъемным или неразъемным или соединение каркасной поворотной панели с рамкой жесткости выполнено посредством гибкого элемента.
В частном случае выполнения полезной модели фиксация каркасной поворотной панели относительно рамки жесткости осуществляется посредством механических фиксаторов или, по крайней мере, двумя гибкими тягами.
Кроме того, каркас поворотной панели выполнен П-образным из труб, а его соединение с рамкой жесткости осуществляется размещением изогнутых концов распорных элементов каркаса поворотной панели в полостях соединительных элементов рамки с последующей фиксацией в проектном положении.
Указанное выше выполнение полезной модели повышает балластирующую способность БУ и надежность его закрепления на трубопроводе.
Полезная модель иллюстрируется графическим материалом, где на фиг.1 изображено заявленное устройство, вид спереди, на фиг.2 - замки рамки жесткости; фиг.3 - гибкое соединение поворотной панели с рамкой жесткости, а позициями соответственно обозначены:
1 - траншея;
2 - трубопровод;
3 - грунт засыпки;
4 - емкости БУ;
5 - рамки жесткости;
6 - перегородки;
7 - верхние силовые пояса;
8 - нижний силовой пояс;
9 - проушины;
10 - верхние продольные стороны - прогоны рамок жесткости;
11 - нижние (внутренние) продольные стороны - прогоны рамок жесткости;
12 - поворотная панель;
13 - гибкие тяги;
14 - дополнительные гибкие тяги;
15 - косынки (перегородки);
16 - дополнительные торцовые перегородки;
17 - распорные элементы;
18 - поворотная рама;
19 - несущая панель.
БУ содержит две размещаемые по обе стороны от уложенного в траншею 1 трубопровода 2 заполняемые грунтом засыпки 3 емкости 4, выполненные из полотнищ полимерной технической ткани. Каждая из указанных емкостей 4 снабжена рамками жесткости 5 и перегородками 6, а также, соответственно, верхними и нижним силовыми поясами 7 и 8.
Верхние силовые пояса 7 снабжены проушинами 9 и образованы однослойными или сложенными в несколько слоев лентами из полимерной технической ткани, а количество верхних силовых поясов каждой емкости составляет не менее двух. Верхние силовые пояса пришиты к нижнему силовому поясу 8 в его средней части.
Нижний силовой пояс 8 и заполняемые грунтом емкости 4 выполнены в виде единого, налагаемого на трубопровод полотнища, снабженного проушинами для размещения в них продольных сторон - прогонов 10, 11
рамок жесткости 4, а каждая перегородка 6 - торцовая стенка скреплена с единым образующим емкость полотнищем и соответствующим верхним силовым поясом.
Днища емкостей 4, перегородки 6, силовые пояса 7, 8 выполнены из полотнища гибкого материала - полимерной технической ткани.
Торцовые стенки емкостей выполнены в виде вшитых в днища емкостей перегородок и сшиты с верхними силовыми поясами, что устраняет высыпание грунта засыпки из емкостей.
Рамки жесткости выполнены разборными, предпочтительно, из трубчатых элементов.
Для увеличения балластирующей способности БУ каждая емкость 4 снабжена каркасной поворотной панелью 12 с возможностью фиксации ее углового положения относительно рамки жесткости 5 емкости 4.
Соединение каркасной поворотной панели с жесткой рамкой выполнено разъемным или неразъемным, например, обжатием соединительных элементов.
В частном случае соединение поворотной панели 12 с рамкой жесткости 5 выполнено посредством гибкого элемента. В этом случае концы поперечных элементов каркаса поворотной панели 12 размещают в карманах, пришитых к днищу емкостей 4.
Фиксация каркасной поворотной панели относительно рамки жесткости осуществляется известными из уровня техники жесткими упорами, механическими фиксаторами или, по крайней мере, двумя гибкими тягами 13.
Гибкие тяги 13 скреплены с верхними силовыми поясами 7, а посредством проушин - с продольными или поперечными элементами каркаса поворотной панели 12.
В частном случае выполнения БУ оно снабжено дополнительными гибкими тягами 14, соединяющими продольные элементы каркаса поворотной панели.
Кроме того, БУ снабжено выполненными из гибких полотнищ торцовыми парными перегородками-косынками 15, скрепленными своими верхними кромками с гибкими тягами 13, а нижними - с верхними силовыми поясами 7 БУ.
В частном случае выполнения БУ снабжено дополнительными торцовыми перегородками 16, каждая из которых соединена с углами каркасов противолежащих поворотных панелей 12, верхняя кромка каждой дополнительной торцовой перегородки 16 скреплена с соответствующей дополнительной гибкой тягой 14, причем нижняя кромка каждой дополнительной торцовой перегородки 16 скреплена с гибкой тягой 13 соответствующей поворотной панели или выполнена с возможностью наложения нижней кромки изнутри на полотнища торцовых парных перегородок-косынок 15.
Распорная рамка каждой емкости 4 - рамка жесткости 5 выполнена из металлопроката в виде замкнутого многоугольного каркаса содержит соединенные замками в углах рамки 5 несущие элементы - прогоны 10, 11 и распорные элементы 17. Каждая рамка жесткости 5 снабжена дополнительной каркасной поворотной рамой 18, содержащей прогоны и распорные элементы, а несущая панель 19 поворотной рамы 18 образована полотнищем гибкого материала.
Каждый замок рамки жесткости 5 обеспечивает соединение под углом 90 градусов прогонов 10, 11 и распорных элементов 17. Указанные прогоны и распорные элементы выполнены из проката - круглых, квадратных, прямоугольных в сечении труб, или из уголков, швеллеров, а замки, в частном случае выполнения, образованы изгибом концов прогонов.
Кроме того, в частном случае выполнения полезной модели замки образованы гнутыми или штампованными отводами, концы которых неразъемно соединены с концами прогонов или распорных элементов.
При этом каждый трубчатый распорный элемент имеет диаметр меньший, равный или превосходящий диаметр соответствующего трубчатого прогона.
В зависимости от диаметра трубопровода и веса балластирующего грунта засыпки в БУ рамка жесткости 5 снабжена одним или несколькими дополнительными прогонами или распорными элементами, расположенными, предпочтительно, в средней части рамки.
В частном случае выполнения полезной модели каркас каждой поворотной панели 12 выполнен П-образным из труб, а его соединение с рамкой жесткости осуществляется размещением концов распорных элементов каркаса поворотной панели в полостях соединительных элементов рамки жесткости с последующей фиксацией в проектном положении.
При балластировке трубопровода рамки жесткости располагаются наклонно, не контактируют нижними продольными сторонами - прогонами с трубопроводом, с дном траншеи, что обеспечивается расчетной длиной нижнего силового пояса между проушинами для нижних прогонов рамок жесткости и длиной верхних силовых поясов.
Продольные края единого или составного гибкого полотнища, образующие емкости, огибают нижние прогоны рамок жесткости и скреплены с верхними относительно трубопровода продольными сторонами - прогонами рамок жесткости. При этом расстояние между верхними и нижними проушинами единого или составного гибкого полотнища превышает расстояние между верхними и нижними прогонами рамок жесткости благодаря чему формируются расчетного объема емкости. Кроме
того, периметр каждой перегородки 6 (торцовой стенки) превышает соответствующий ей криволинейный периметр, составленный краем нижнего силового пояса, емкости и верхнего силового пояса, что увеличивает объем заполняемых грунтом емкостей.
В верхних углах рамок зафиксированы проушины верхних силовых поясов, для чего верхние проушины единого или составного гибкого полотнища сближаются с образованием складок указанного полотнища.
Если силовых поясов больше двух на каждую емкость, то промежуточные проушины силовых поясов размещаются в вырезах, выполненных в верхнем продольном крае единого полотнища.
Емкости 4 БУ симметрично размещены относительно трубопровода 1. Располагаемые вдоль трубопровода прогоны рамок жесткости, а также их поперечины, предпочтительно, выполнены из трубчатых элементов. Такое выполнение рамок жесткости упрощает их транспортирование и монтаж.
Устойчивость БУ на трубопроводе обеспечивается размером верхнего силового пояса, а также расчетной длиной между проушинами для нижних прогонов рамок жесткости, за счет чего рамки жесткости не контактируют своими нижними прогонами с трубопроводом и грунтом дна траншеи.
Емкости БУ заполняют грунтом последовательно, желательно симметрично, что препятствует перекосу емкостей относительно трубопровода. Изгибная в плоскости рамок жесткости нагрузка компенсируется их предварительным напряжением за счет заданного расчетного изгиба рамок жесткости.
При групповом использовании БУ для балластировки трубопровода в группе используют до четырех утяжелителей, при этом количество групп на один километр трубопровода составляет от 40 до 50. Частным случаем прокладки трубопровода является выполнение траншеи увеличенной
глубины, что характерно для льдистых грунтов в условиях Севера. Поскольку траншея имеет увеличенную относительно рекомендованной СНиП глубину, то выступающие над верхней образующей трубопровода части балластирующего устройства - БУ не влияют на увеличение объема земляных работ. В этом случае целесообразно использовать БУ с увеличенным размером емкостей под балластирующий грунт, для чего поперечные элементы рамок жесткости выполняют увеличенной длины. При балластировке верхние продольные элементы рамок жесткости располагаются выше верхней образующей трубопровода на 10-20 см. При этом допустимо касание верхних прогонов рамок жесткости и стенок траншеи.
В заявленной полезной модели БУ для снижения материалоемкости и обеспечения центрального приложения нагрузок емкости выполнены в виде симметрично расположенных относительно трубопровода «парашютных мембран», натянутых на формообразующие элементы - рамки жесткости.
Основной несущий элемент - днища емкостей и несущие панели будучи мембранами, работают только на растяжение. Сопротивление выдергиванию трубопровода из грунта при воздействии на него эксплуатационных нагрузок складывается из массы столба грунта (конуса или цилиндра выпирания) над БУ.
Полезная модель технологична при изготовлении, при незначительном собственном весе и простой сборке удобна при транспортировании и монтаже на трубопроводе, а также эффективна при прокладке и эксплуатации трубопроводов в различных климатических условиях.
Предложенное БУ повышает надежность балластировки трубопровода и устраняет возможность повреждения его изоляции в процессе строительства и эксплуатации.