полимерконтейнерное балластирующее устройство мухаметдинова (пкбу-мк) (варианты)

Формула изобретения

1. Полимерконтейнерное балластирующее устройство (ПКБУ-МК), содержащее две размещенные по обе стороны от трубопровода и заполняемые грунтом емкости из полотнищ полимерной технической ткани, каждая из которых снабжена рамками жесткости и перегородками, а также силовые пояса, в проушинах которых размещены прогоны рамок жесткости, отличающееся тем, что нижний силовой пояс и заполняемые грунтом емкости выполнены в виде единого налагаемого на трубопровод полотнища, снабженного проушинами для размещения в них продольных прогонов рамок жесткости, а каждая перегородка скреплена с образующим емкость полотнищем и соответствующими верхним и нижним силовыми поясами, при этом каждая рамка жесткости располагается в плоскости, касательной к наружной поверхности трубопровода, и относительно дна траншеи размещена с уклоном в сторону трубопровода без опирания на него и на грунт дна траншеи при заполнении емкостей грунтом, а также при воздействии на трубопровод выталкивающей нагрузки, что обеспечивается расчетной длиной нижнего силового пояса между проушинами для нижних прогонов рамок жесткости и длиной верхних силовых поясов, причем последние пришиты к нижнему силовому поясу в его средней части.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхние силовые пояса образованы однослойными или сложенными в несколько слоев и прошитыми лентами из полимерной технической ткани.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что количество верхних силовых поясов каждой емкости составляет не менее двух.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проушины единого полотнища образованы пришитыми к нему однослойными или сложенными в несколько слоев и прошитыми лентами из полимерной технической ткани.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проушины для размещения в них нижних продольных прогонов рамок жесткости образованы отогнутыми краями дополнительного полотнища из полимерной технической ткани, пришитыми к единому налагаемому на трубопровод полотнищу.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхние проушины единого полотнища образованы его отогнутыми и прошитыми краями.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рамки жесткости снабжены дополнительными поперечными усиливающими элементами.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распорные элементы каждой рамки жесткости выполнены предварительно напряженными криволинейной формы с расчетным изгибом.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рамки жесткости выполнены разборными.

10. Устройство по п.1 или 9, отличающееся тем, что продольные стороны рамок жесткости снабжены закладными элементами-вставками с возможностью их фиксации при групповой балластировке трубопровода.

11. Полимерконтейнерное балластирующее устройство, содержащее две размещенные по обе стороны от трубопровода и заполняемые грунтом емкости из полотнищ полимерной технической ткани, каждая из которых снабжена рамками жесткости и перегородками, а также силовые пояса, в проушинах которых размещены продольные элементы - прогоны рамок жесткости, отличающееся тем, что нижний силовой пояс и заполняемые грунтом емкости выполнены в виде составного налагаемого на трубопровод полотнища, снабженного проушинами для размещения в них прогонов рамок жесткости, а каждая перегородка скреплена с образующим емкость полотнищем и соответствующими верхним и нижним силовыми поясами, при этом каждая рамка жесткости располагается в плоскости, касательной к наружной поверхности трубопровода, и относительно дна траншеи размещена с уклоном в сторону трубопровода без опирания на него и на грунт дна траншеи при заполнении емкостей грунтом, а также при воздействии на трубопровод выталкивающей нагрузки, что обеспечивается расчетной длиной нижнего силового пояса между проушинами для нижних прогонов рамок жесткости и длиной верхних силовых поясов, причем последние пришиты к нижнему силовому поясу в его средней части.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что верхние силовые пояса образованы однослойными или сложенными в несколько слоев и прошитыми лентами из полимерной технической ткани.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что количество верхних силовых поясов каждой емкости составляет не менее двух.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что проушины для размещения в них нижних прогонов рамок жесткости образованы отогнутыми и прошитыми краями налагаемого на трубопровод и образующего нижний силовой пояс полотнища из полимерной технической ткани.

15. Устройство по п.11, отличающееся тем, что проушины для размещения в них верхних прогонов рамок жесткости образованы отогнутыми и прошитыми краями образующих емкости полотнищ из полимерной технической ткани, симметрично пришитых к полотнищу нижнего силового пояса.

16. Устройство по п.11, отличающееся тем, что рамки жесткости снабжаются дополнительными поперечными усиливающими элементами.

17. Устройство по п.11, отличающееся тем, что распорные элементы каждой рамки жесткости выполнены предварительно напряженными криволинейной формы с расчетным изгибом.

18. Устройство по п.11, отличающееся тем, что рамки жесткости выполнены разборными.

19. Устройство по п.1 или 18, отличающееся тем, что продольные стороны рамок жесткости снабжены закладными элементами-вставками с возможностью их фиксации при групповой балластировке трубопровода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству трубопроводного транспорта и используется при прокладке подземных магистральных трубопроводов в условиях распространения вечномерзлых грунтов, при прокладке трубопроводов на болотах, а также на обводненных участках.

Из уровня техники известен аналог заявленного изобретения - 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 заявленному изобретению 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.

Задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение надежности балластировки трубопровода за счет устранения возможного повреждения изоляции трубопровода элементами жестких рамок при строительстве, эксплуатации и ремонте трубопровода, а также за счет более полного вовлечения в работу грунта засыпки траншеи.

Указанная задача решается тем, что полимерконтейнерное балластирующее устройство Мухаметдинова (ПКБУ-МК) содержит две размещенные по обе стороны от трубопровода и заполняемые грунтом емкости из полотнищ полимерной технической ткани, каждая из которых снабжена рамками жесткости и перегородками, а также силовые пояса, в проушинах которых размещены прогоны рамок жесткости, в котором нижний силовой пояс и заполняемые грунтом емкости выполнены в виде единого налагаемого на трубопровод полотнища, снабженного проушинами для размещения в них продольных прогонов рамок жесткости, а каждая перегородка скреплена с образующим емкость полотнищем и соответствующим верхним силовым поясом, при этом каждая рамка жесткости располагается в плоскости, касательной к наружной поверхности трубопровода, и относительно дна траншеи размещена с уклоном в сторону трубопровода без опирания на него и на грунт дна траншеи при заполнении емкостей грунтом, а также при воздействии на трубопровод выталкивающей нагрузки, что обеспечивается расчетной длиной нижнего силового пояса между проушинами для нижних прогонов рамок жесткости и длиной верхних силовых поясов, причем последние пришиты к нижнему силовому поясу в его средней части.

Отличием заявленного изобретения является то, что нижние силовые пояса и заполняемые грунтом емкости выполнены в виде единого налагаемого на трубопровод полотнища, снабженного проушинами для размещения в них нижних и верхних продольных прогонов рамок жесткости, а каждая перегородка скреплена с образующим емкость полотнищем и соответствующим верхним силовым поясом, при этом каждая рамка жесткости располагается в плоскости, касательной к наружной поверхности трубопровода, и относительно дна траншеи размещена с уклоном в сторону трубопровода без опирания на него и грунт дна траншеи при заполнении емкостей грунтом и при воздействии на трубопровод выталкивающей нагрузки, что обеспечивается расчетной длиной нижнего силового пояса между проушинами для нижних прогонов рамок жесткости и длиной верхних силовых поясов, причем последние пришиты к нижнему силовому поясу в его средней части.

Указанная задача решается также вариантом выполнения ПКБУ-МК, причем полимерконтейнерное балластирующее устройство, содержащее две размещенные по обе стороны от трубопровода и заполняемые грунтом емкости из полотнищ полимерной технической ткани, каждая из которых снабжена рамками жесткости и перегородками, а также силовые пояса, в проушинах которых размещены продольные элементы - прогоны рамок жесткости, в котором нижний силовой пояс и заполняемые грунтом емкости выполнены в виде составного налагаемого на трубопровод полотнища, снабженного проушинами для размещения в них прогонов рамок жесткости, а каждая перегородка скреплена с образующим емкость полотнищем и соответствующим верхним и нижним силовым поясом, при этом каждая рамка жесткости располагается в плоскости, касательной к наружной поверхности трубопровода и относительно дна траншеи размещена с уклоном в сторону трубопровода без опирания на него и на грунт дна траншеи при заполнении емкостей грунтом, а также при воздействии на трубопровод выталкивающей нагрузки, что обеспечивается расчетной длиной нижнего силового пояса между проушинами для нижних прогонов рамок жесткости и длиной верхних силовых поясов, причем последние пришиты к нижнему силовому поясу в его средней части.

Частным случаем выполнения изобретения является то, что проушины для размещения в них нижних прогонов рамок жесткости образованы отогнутыми и прошитыми краями налагаемого на трубопровод и образующего нижний силовой пояс полотнища из полимерной технической ткани.

Указанная задача решается также тем, что проушины для размещения в них верхних прогонов рамок жесткости образованы отогнутыми и прошитыми краями образующих емкости полотнищ из полимерной технической ткани, симметрично пришитых к полотнищу нижнего силового пояса.

Кроме того, указанная задача решается также тем, что верхние силовые пояса снабжены проушинами и образованы однослойными или сложенными и прошитыми в несколько слоев лентами из полимерной технической ткани, а количество верхних силовых поясов каждой емкости составляет не менее двух.

Частным случаем выполнения изобретения является то, что проушины единого полотнища образованы однослойными или сложенными в несколько слоев и прошитыми лентами из полимерной технической ткани, пришитыми к единому налагаемому на трубопровод полотнищу.

Кроме того, проушины для размещения в них нижних продольных прогонов рамок жесткости образованы отогнутыми краями дополнительного полотнища из полимерной технической ткани, пришитыми к единому налагаемому на трубопровод полотнищу.

Помимо этого, верхние проушины единого полотнища образованы его отогнутыми и прошитыми краями.

В частном случае выполнения устройства жесткие рамки снабжаются дополнительными поперечными усиливающими элементами и выполнены разборными из трубчатых элементов с возможностью продольного соединения рамок устройств при групповом применении ПКБУ-МК.

Для продольного соединения рамок при групповой балластировке трубопровода продольные стороны рамок жесткости снабжены закладными элементами-вставками с возможностью их фиксации при групповой балластировке трубопровода.

В частном случае выполнения устройства распорные элементы каждой рамки жесткости выполнены предварительно напряженными - криволинейной формы, с расчетным изгибом.

Выполнение верхних силовых поясов в виде многослойных и прошитых лент с проушинами, размещенными на наружных (верхних) продольных сторонах - прогонах рамок жесткости, повышает надежность закрепления устройства на трубопроводе.

Наличие торцовых стенок емкостей, скрепленных с верхними силовыми поясами и единым полотнищем, повышает надежность балластировки за счет более полного заполнения объема устройства грунтом и устраняет высыпание грунта засыпки через торцы утяжелителя.

Трубчатые элементы каркаса рамок жесткости обеспечивают удобство сборки, особенно при групповой балластировке трубопровода, для чего в полости продольных элементов смежных рамок жесткости - прогонов вводят закладные элементы и фиксируют их.

Изобретение иллюстрируется графическим материалом, где на фиг.1 изображено заявленное устройство, на фиг.2 и фиг.3 - поперечный разрез вариантов текстильной части ПКБУ-МК (перегородки не показаны), а позициями на прилагаемых рисунках соответственно обозначены:

1 - трубопровод;

2 - грунт засыпки;

3 - емкости ПКБУ-МК;

4 - рамки жесткости;

5 - перегородки;

6 - верхние силовые пояса;

7 - нижний силовой пояс;

8 - траншея;

9 - верхние продольные стороны - прогоны рамок жесткости;

10 - нижние (внутренние) продольные стороны - прогоны рамок жесткости;

11 - проушины;

ПКБУ-МК содержит две размещенные по обе стороны от трубопровода 1 заполняемые грунтом засыпки 2 емкости 3, выполненные из полотнищ полимерной технической ткани. Каждая из указанных емкостей 3 снабжена рамками жесткости 4 и перегородками 5, а также, соответственно, верхними и нижним силовыми поясами 6 и 7, при этом каждая рамка жесткости располагается в плоскости, касательной к наружной поверхности трубопровода.

В частном случае выполнения ПКБУ-МК рамки жесткости выполнены предварительно напряженными за счет придания им криволинейной формы, с расчетным изгибом каждой рамки жесткости, для чего ее поперечные элементы изогнуты в плоскостях, перпендикулярных продольной оси трубопровода, а выпуклость каждой рамки жесткости направлена в сторону дневной поверхности.

Верхние силовые пояса снабжены проушинами 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 в его средней части.

Нижний силовой пояс 7 и заполняемые грунтом емкости 3 выполнены в виде единого налагаемого на трубопровод полотнища, снабженного проушинами 11 для размещения в них продольных прогонов 9, 10 рамок жесткости 4, а каждая перегородка - торцовая стенка скреплена с единым образующим емкость полотнищем и соответствующим верхним силовым поясом 6.

Днища емкостей 3, перегородки 5 силовые пояса 6, 7 выполнены из полотнища гибкого материала - полимерной технической ткани.

Торцовые стенки емкостей выполнены в виде вшитых в днища емкостей перегородок 5 и сшиты с верхними силовыми поясами 6, что устраняет высыпание грунта засыпки из емкостей.

Жесткие рамки 4 выполнены разборными из трубчатых элементов с возможностью продольного соединения рамок устройств при групповом применении ПКБУ-МК для балластировки трубопровода.

В варианте ПКБ-МК нижний силовой пояс 7 и заполняемые грунтом емкости 3 выполнены в виде составного налагаемого на трубопровод полотнища, снабженного проушинами 11 для размещения в них прогонов 9, 10 рамок жесткости 4, а каждая перегородка 5 скреплена с образующим емкость полотнищем и полотнищем нижнего силового пояса. Частным случаем выполнения изобретения является то, что проушины для размещения в них нижних прогонов рамок жесткости образованы отогнутыми и прошитыми краями налагаемого на трубопровод и образующего нижний силовой пояс полотнища из полимерной технической ткани.

В частном случае выполнения ПКБУ-МК проушины для размещения в них верхних прогонов рамок жесткости образованы отогнутыми и прошитыми краями образующих емкости полотнищ из полимерной технической ткани, симметрично пришитых к полотнищу нижнего силового пояса.

При балластировке трубопровода каждая рамка жесткости располагается в плоскости, касательной к наружной поверхности 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 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/составного гибкого полотнища превышает расстояние между верхними и нижними прогонами рамок жесткости, благодаря чему формируются расчетного объема емкости. Кроме того, периметр каждой перегородки 5 (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/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 3 ПКБУ-МК симметрично размещены относительно трубопровода 1. Располагаемые вдоль трубопровода прогоны рамок жесткости, а также их поперечины, выполнены из трубчатых элементов. Такое выполнение рамок жесткости упрощает их транспортирование и монтаж.

Устойчивость ПКБУ-МК на трубопроводе обеспечивается тем, что каждая рамка жесткости располагается в плоскости, касательной к наружной поверхности трубопровода, расчетной длиной верхнего силового пояса, а также расчетной длиной между проушинами для нижних прогонов рамок жесткости, вследствие чего рамки жесткости не контактируют своими нижними прогонами с трубопроводом и грунтом дна траншеи.

Емкости ПКБУ-МК заполняют грунтом последовательно, желательно симметрично, что препятствует перекосу емкостей относительно трубопровода. Изгибная в плоскости рамок жесткости нагрузка компенсируется расчетной жесткостью рамок 4, в частном случае - их предварительным напряжением за счет заданного расчетного изгиба рамок жесткости.

При групповом использовании ПКБУ-МК для балластировки трубопровода в группе используют до четырех утяжелителей, при этом количество групп на один километр трубопровода составляет от 40 до 50.

Частным случаем балластировки является закрепление трубопровода при его прокладке в траншее 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 - ПКБУ-МК не влияют на увеличение объема земляных работ. В этом случае целесообразно использовать ПКБУ-МК 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 заявленном изобретении ПКБУ-МК 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, будучи мембранами, работают только на растяжение. Сопротивление выдергиванию трубопровода из грунта при воздействии на него эксплуатационных нагрузок складывается из массы грунта в емкостях утяжелителя и веса столба грунта (конуса или цилиндра выпирания) над ПКБУ-МК.

Изобретение технологично при изготовлении и при незначительном собственном весе и простой сборке удобно при транспортировании и монтаже на трубопроводе, а также эффективно при прокладке и эксплуатации трубопроводов в различных климатических условиях.

Полимерно-контейнерное балластирующее устройство Мухаметдинова (ПКБУ-МК) повышает надежность балластировки трубопровода и устраняет возможность повреждения его изоляции в процессе строительства и эксплуатации.