Анкерная система для закрепления трубопровода в пучинистом грунте

 

Использование: строительство трубопроводов на пучинистых грунтах. Сущность изобретения: анкерная система для закрепления трубопровода в пучинистом грунте снабжена компенсаторами сезонного пучения грунта. Компенсатор выполнен в виде линейноподвижной пары с набором последовательно срезаемых элементов: скоб или колец. Разрыв предохранителя обеспечивается в определенном сечении кольцевой выточкой или пропилом. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при прокладке магистральных трубопроводов на пучинистых грунтах.

Известна анкерная система для закрепления трубопровода на пучинистых грунтах (1).

Система содержит налагаемый на трубопровод силовой пояс, пару вмораживаемых в грунт анкерных стержней, имеющих компенсаторы от пучения грунта в виде линейноподвижной пары.

Недостатком этих конструкций является то, что процесс компенсации пучения носит неуправляемый характер, так как по существующим техническим нормам допускается разброс характеристик компенсаторов при одинаковых проектных параметрах. При этом возможно разрушение всех элементов одного из компенсаторов, расположенного, например, слева от трубопровода при сохранении срезаемых элементов правого компенсатора. Такая работа системы является ненормальной и может привести к разрушению изоляционного покрытия трубопровода при возникающих больших поперечных перемещениях силового пояса.

Задача изобретения повышение надежности анкерной системы.

Это достигается тем, что: площадь поперечного сечения каждого разрушаемого элемента, начиная со второго элемента, увеличена по сравнению с площадью поперечного сечения предыдущего элемента, изменение площади поперечного сечения срезаемых элементов осуществляют локально в местах наибольших расчетных напряжений по длине элементов, в анкерной системе с линейноподвижной парой в виде подвешенной к силовому поясу петли со срезаемыми элементами в форме скоб, закрепленных на петле и разрушаемых отдельной петлей, соединенной с тягой анкера, изменение площади поперечного сечения срезаемых скоб осуществляют устройством кольцевой выточки в центральной части каждой скобы, кроме нижней, локальное изменение площади поперечного сечения осуществляют устройством поперечных пропилов в центральной части скоб, в анкерной системе с линейноподвижной парой в виде стержня с кольцевыми срезаемыми элементами и втулки, соединенных соответственно с силовым поясом и тягой анкера, площадь среза каждого элемента изменяют за счет изменения толщины срезаемых колец, в системе с кольцевыми срезаемыми элементами стержень с кольцевыми элементами выше втулки закрыт герметично прикрепленным к верхней части втулки стаканом, а соединение компенсатора с силовым поясом и тягой осуществляют шарнирно при помощи петель, прикрепленных к стакану, стержню компенсатора, концу пояса и тяги по обе стороны от трубопровода.

в анкерной системе с кольцевыми срезаемыми элементами втулка в нижней части имеет кольцевую выточку с установленной в ней кольцевой шайбой из упругого материала, прижимаемой к стержню за счет осевого сжатия кольцевой крышкой при резьбовом соединении этой крышки с нижней частью втулки, в анкерной системе с кольцевыми срезаемыми элементами длина втулки от верхнего торца до кольцевой выточки равна или больше суммы расстояний между срезаемыми элементами, в анкерной системе с кольцевыми элементами между втулкой и нижним кольцевым элементом стержня устанавливают срезающее кольцо, взаимодействующие между собой криволинейные части соединительных петель выполнены из материала, не подверженного коррозионному воздействию грунтовой среды, окружающей трубопровод.

На фиг. 1 приведена схема анкерной системы для закрепления трубопроводов в пучинистом грунте, на фиг. 2 схема анкерной системы со срезаемыми элементами в форме скоб с различной площадью поперечного сечения, на фиг. 3 и 4 поперечные сечения скоб по оси симметрии анкерной системы со срезаемыми скобами, ослабленные соответственно кольцевой выточкой и пропилом, на фиг. 5 - принципиальная схема анкерной системы с кольцевыми срезаемыми элементами различной толщины; на фиг. 6 эскиз анкерной системы с кольцевыми срезаемыми элементами; на фиг. 7 вариант исполнения нижнего торца втулки анкерной системы с кольцевыми срезаемыми элементами, на фиг. 8 вариант анкерной системы по фиг. 6 со срезающим кольцом, на фиг. 9 схема петлевых соединений с участками из некоррозионного материала.

Анкерная система для закрепления трубопровода в пучинистом грунте содержит прикрепленные по обе стороны от трубопровода 1 к силовому поясу 2 и анкерной тяге 3 компенсатор 4 (фиг. 1). Компенсатор 4 имеет разрушаемые элементы 5-8, площадь поперечного сечения которых, начиная со второго, увеличена по сравнению с площадью поперечного сечения предыдущего элемента (фиг. 2-5). Изменение площади поперечного сечения срезаемых элементов может быть осуществлено локально, в местах наибольших расчетных напряжений по длине элементов. В частности, в анкерной системе, показанной на фиг. 2, со срезаемыми элементами в виде скоб 5 и 6, изменение площади поперечного сечения с F₁ до F₂ срезаемых скоб 5 осуществляют устройством кольцевой выточки 9 в центральной части длины скобы (фиг. 3). В нижней скобе 6 с площадью F₃ выточку можно не делать. При одинаковой величине изменения площади поперечного сечения на величину ΔF получим формулу:
F_n=F₁+(n-1)·ΔF
где n номер срезаемой скобы.

Изменение поперечного сечения скоб 5 может быть осуществлено устройством поперечных пропилов 10 (фиг. 4). Срез в этом случае будет происходить по заштрихованному сечению толщиной t. В анкерной системе с линейноподвижной парой в виде стержня 11 с кольцевыми срезаемыми элементами 7 и 8 и втулкой 12 площадь поперечного сечения элементов 8 изменяют за счет последовательного увеличения толщины срезаемых колец 8, на величину Δh,, начиная со сторого снизу (фиг. 5). Толщину колец определяют по формуле:
h_n=h₁+(n-1)·Δh
В целях предохранения от механического воздействия мерзлого грунта стержень 11 выше втулки 12 может быть закрыт герметично прикрепленным к ее верхней части стаканом 13, а соединение с силовым поясом 2 и тягой 3 осуществляют шарнирно при помощи петель 14 и 15, прикрепленных к стакану 13 и стержню 11 (фиг. 6).

Для герметизации полости внутри стакана 13 в нижней части втулки можно устроить кольцевую выточку 16 с установленной в ней кольцевой шайбой 17 из упругого материала (фиг. 7). При завинчивании кольцевой крышки 18 эта шайба испытывает деформации в направлении, перпендикулярном оси втулки 12, и прижимается к стержню 11, не допуская попадания в указанную выше полость грунтовых частиц.

В коррозионноактивной грунтовой среде все узлы анкерного устройства обычно покрывают антикоррозионным составом. После cреза колец 7 и 8 стержня 11 места среза оказываются незащищенными (фиг. 6). В целях предохранения мест среза от воздействия коррозии длину l втулки 12 делают равной или большей суммы расстояний между срезаемыми элементами (фиг. 7):
l≥NH
где N количество срезаемых колец (фиг. 6).

Увеличение длины втулки до величины l позволяет сохранить места среза колец в замкнутом пространстве, ограниченном стержнем 11, стаканом 13 и прокладкой 17 и поэтому изолированном от контакта с агрессивной грунтовой средой (фиг. 7).

В целях повышения надежности анкерного устройства между втулкой 12 и нижним кольцевым элементом 7 стержня 11 может быть установлено срезающее кольцо 19 (фиг. 8). При большом количестве срезаемых колец 7 и 8 кольцо 19 может быть изготовлено из материала, более прочного, чем материал втулки 12, что позволяет предохранить верхнюю кромку втулки от усталостного разрушения.

В коррозионноактивной грунтовой среде конструкции, находящиеся в зацеплении изоляционного покрытия на них. Это может привести к коррозии материала конструкций, уменьшению их поперечного сечения и преждевременному выходу конструкции из строя. Для повышения надежности анкерного устройства взаимодействующие между собой и скобами криволинейные части соединительных петель, например верхних петель 14 и 20 компенсатора с кольцевыми срезаемыми элементами, могут быть выполнены из материала, не подверженного коррозионному воздействию грунтовой среды (фиг. 9).

Работает система следующим образом.

При морозном пучении грунта трубопровод 1 перемещается вверх. При этом происходит разрушение первого срезаемого элемента одного из двух компенсаторов 4, входящих в анкерную систему (фиг. 1). Например, в системе на фиг. 5 это нижний элемент 7 толщиной h₁. При дальнейшем подъеме трубопровода будет срезан первый элемент толщиной h₁ второго компенсатора. В дальнейшем очередность разрушения срезаемых элементов следующая: второй элемент толщиной h₂ одного из компенсаторов; второй элемент толщиной h₂ второго компенсатора; третий элемент толщиной h₃ одного из компенсаторов; третий элемент толщиной h₃ второго компенсатора. При этом шаг подъема трубопровода в каждом случае составит величину Н с гарантируемым поочередным разрушением срезаемых элементов с каждой стороны трубопровода.

Пример. Исходные данные: H 25 мм, n 3; h₁ 3,0 мм; h₂ 3,1 мм; h₃ 3,2 мм; l 3х25 75 мм.

Предлагаемая система позволяет обеспечить надежную работу трубопровода при морозном пучении в процессе цикличного промерзания и оттаивания грунта.

Формула изобретения

1. Анкерная система для закрепления трубопровода в пучинистом грунте, содержащая наложенный на трубопровод силовой пояс, соединенные с ним по обе стороны от трубопровода тяги с анкерующими элементами и компенсаторы в виде линейно подвижных пар, отличающаяся тем, что компенсаторы выполнены в виде набора последовательно срезаемых элементов, при этом каждый разрушаемый элемент, начиная с второго, имеет увеличенную относительно предыдущего элемента площадь срезаемого сечения.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что изменение площади поперечного сечения срезаемых элементов осуществляют локально в местах наибольших расчетных напряжений по длине элементов.

3. Система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что линейно подвижная пара состоит из подвешенной к силовому поясу петли со срезаемыми скобами и соединенной с тягой анкера петли, а изменение площади срезаемого сечения скоб осуществляется кольцевой выточкой в их центральной части, кроме нижней скобы.

4. Система по п. 1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что локальное изменение площади срезаемого сечения осуществляется устройством поперечных пропилов в центральной части скоб.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что линейно подвижная пара состоит из стержня с кольцевыми срезаемыми выступами и втулки, соединенных соответственно с силовым поясом и тягой анкера, а площадь срезаемого сечения определяется толщиной срезаемых кольцевых выступов стержня.

6. Система по п. 1 или 5, отличающаяся тем, что стержень с кольцевыми элементами выше втулки закрыт герметично прикрепленным к верхней части втулки стаканом, а соединение компенсатора с силовым поясом и тягой осуществляют шарнирно при помощи петель, прикрепленных к стакану, стержню компенсатора, концу пояса и тяги по обе стороны от трубопровода.

7. Система по п. 1, или 5, или 6, отличающаяся тем, что втулка в нижней части имеет кольцевую выточку с установленной в ней кольцевой шайбой из упругого материала, прижимаемой к стержню за счет осевого сжатия кольцевой крышкой при резьбовом соединении этой крышки с нижней частью втулки.

8. Система по п. 1, или 5, или 6, или 7, отличающаяся тем, что длина втулки от верхнего торца до кольцевой выточки равна или больше суммы расстояний между срезаемыми элементами.

9. Система по п. 1, или 5, или 6, или 7, или 8, отличающаяся тем, что между втулкой и нижним кольцевым элементом стержня устанавливают срезающее кольцо.

10. Система по п. 1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, или 8, или 9, отличающаяся тем, что взаимодействующие между собой криволинейные части соединительных петель выполнены из материала, не подверженного коррозионному воздействию грунтовой среды, окружающей трубопровод.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9