АРМАТУРА ГЕОТЕХНИЧЕСКАЯ

Полезная модель относится к области дорожного и гидротехнического строительства и может применяться для укрепления слабых грунтов, насыпей, откосов повышенной крутизны, промышленных и строительных площадок, береговых линий. Арматура геотехническая предназначена для ограничения сдвиговых деформаций грунтов и равномерного распределения нагрузки от насыпи на слабое основание грунта.
Известен ГЕОКАРКАС (патент РФ на изобретение №2166025, МПК E02D 17/20), содержащий ячеистую структуру, изготовленную из гибких полимерных лент, установленных на ребра и соединенных между собой сварными швами, расположенными в шахматном порядке и выполненными перпендикулярно или наклонно по отношению к основанию геокаркаса. При этом полимерные ленты соединены между собой линейными швами под давлением, при их сжатии с расположением точек прижима в шахматном порядке, причем размер точек прижима и расстояние между ними составляют 2-5 мм, а площадь точек прижима составляет 15-30% от площади шва. Ленты изготовлены из смеси полиэтилена высокого давления и полиэтилены низкого давления. Стенки, образуемых при сварке ячеек, могут быть выполнены перфорированными, при этом отверстия расположены равномерно по площади стенок ячеек, а размер их определяется в каждом случае индивидуально, в зависимости от типа грунта. В полимерный материал могут быть введены светостабилизаторы.
К недостаткам данной конструкции можно отнести недостаточную прочность и жесткость геокаркаса при указанном типе перфорации, отсутствие необходимого сцепления поверхности ячеек с грунтом. Кроме того, заявленные размеры отверстий способствуют вымыванию мелких зерен наполнителя геокаркаса при заполнении его гетерогенными по размеру частиц грунтами.
Известна РЕШЕТКА С ЯЧЕИСТОЙ СТРУКТУРОЙ ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ (патент РФ на изобретение №2136817, МПК E02D 17/20), изготовленная из гибких полимерных перфорированных полос, установленных на ребра и соединенных между собой сварными швами в шахматном порядке. Гибкие полимерные полосы выполнены из композиции на основе полиамида с 5-38 мас.% полиэтилена, полисульфона или композиции на основе полиэтилена высокой плотности с 10-90 мас.% полиэтилена низкой плотности, а их перфорация выполнена круглой, овальной,
квадратной, прямоугольной или треугольной с шагом в продольном и поперечном направлениях от 15 до 70 мм.
К недостаткам данной конструкции можно отнести тот факт, что полосы конструкции обладают низкой прочностью стенки по линии перфорации, вследствие чего снижается жесткость и прочность всей решетки и появляется возможность деформирования или даже разрыва стенки ячейки при укладке в них заполнителя. В процессе эксплуатации возможно вымывание мелких зерен грунта сквозь отверстия в стенках решетки, что приводит к эрозионным процессам и постепенному разрушению решетки.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является ГЕОТЕХНИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА (патент на полезную модель РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ (РБ) №3635, МПК E02D 17/20), содержащая пакет скрепленных между собой наклонными сварными швами ультразвуковой сварки полимерных полос, снабженных конструктивными элементами в виде комбинаций рифлении и/или отверстий. При этом полимерные полосы выполнены из полиэтилена низкого давления с введением светостабилизатора (технический углерод или черная сажа). Рифления выполнены в виде впадин и/или выступов и могут быть различной глубины и расположения. Отверстия могут быть выполнены как круглой, так и овальной или прямоугольной формы, причем возможна комбинация отверстий с различными линейными размерами и взаиморасположением.
Однако данная конструкция характеризуется недостаточной прочностью в сложных условиях эксплуатации. Размер и расположение отверстий таковы, что высока вероятность деформирования или разрыва стенки решетки при укладке в них заполнителя Надежность конструкции резко снижается в силу наличия отверстий указанных размеров, так как такие отверстия способствуют вымыванию мелких фракций грунта.
Задача заявляемой полезной модели состоит в повышении устойчивости к воздействию климатических и гидрогеологических факторов арматуры геотехнической при сохранении прочности и надежности конструкции.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении дренажного эффекта за счет применения в конструкции арматуры просечек и/или отверстий, улучшающих сцепление арматуры геотехнической с заполнителем, например, грунтом, и перераспределении напряжения от временной нагрузки и собственного веса заполнителя. Кроме того, конструкция препятствует вымыванию мелких фракций заполнителя арматуры.
2
2
2
2
Поставленная задача решается тем, что в арматуре геотехнической, содержащей пакет гибких полимерных полос, снабженных дренажными элементами и соединенных сварными швами, расположенными в шахматном порядке, с возможностью образования пространственной ячеистой структуры при растяжении сваренных полос, дренажные элементы выполнены в виде просечек и/или отверстий в количестве 10-32 на 1 дм и расположены на расстоянии не менее 10 мм от сварных швов и кромок полос. Сварные швы конструкции выполнены ультразвуковым или термическим методом. Просечки, выбранные в качестве дренажных элементов, имеют криволинейную форму и протяженность от 9 до 38 мм каждая. Размещение их по поверхности ячейки может быть равномерным. Отверстия, выбранные в качестве дренажных элементов, имеют линейные размеры 4-7 мм каждое, а площадь выемки материала каждого отверстия составляет не более 38 мм. Размещение отверстий по поверхности ячейки также может быть равномерным, а общая площадь отверстий составляет не более 3,5-9% от площади участка с дренажными элементами. Дренажные элементы могут быть выполнены в виде просечек и отверстий, при этом количество отверстий составляет 2-10 на 1 дм, а количество просечек 8-30 на 1 дм.
На фиг.1 схематично показана арматура геотехническая в собранном виде. На фиг.2 схематично показана арматура геотехническая в развернутом виде. На фиг.3 схематично представлена часть полимерной полосы арматуры геотехнической с вариантами расположения дренажных элементов. На фиг.4 представлены формы дренажных элементов. На фиг.5 схематично представлен вид ячейки с дренажными элементами. На представленных фигурах указаны следующие позиции:
1 - полимерная полоса;
2 - участок расположения дренажных элементов;
3 - сварной шов;
4 - дренажный элемент в виде просечки.
5 - дренажный элемент в виде отверстия;
Арматура геотехническая (фиг.1) состоит из гибких полимерных полос 1, собранных в пакет для удобства хранения и транспортировки и оснащенных дренажными элементами 2. Полосы соединены между собой сварными швами 3, расположенными в шахматном порядке, с возможностью образования пространственной ячеистой структуры при растяжении сваренных полос (фиг.2). Дренажные элементы 2 могут быть выполнены в виде просечек криволинейной формы 4 (фиг.4, фиг.5) или в виде отверстий 5 (фиг.3, фиг.4, фиг.5) или в виде их комбинации (фиг.5).
Для изготовления арматуры геотехнической используют полимерные, например, полиэтиленовые, полосы, шириной от 75 до 400 мм. Толщина полос составляет 1,2-1,5 мм.
2
Полимерные полосы 1 предварительно просекают при помощи пуансона, причем протяженность дренажных элементов 2 в виде просечек (надрезов) 4 выбирают из диапазона 9-38 мм. Меньший размер просечек сводит на нет дренажный эффект, а более крупные просечки значительно снижают прочность ленты и оставляют возможность для вымывания мелких фракций заполнителя. При этом размещение просечек может быть равномерным, а общее их количество не превышает 10-32 на 1 дм полосы. Экспериментально установлено, что меньшее или большее количество просечек негативно влияет на эксплуатационные характеристики конструкции, а именно: количество просечек меньше 10 не обеспечивает необходимого дренажного эффекта, а количество просечек больше 32 делает конструкцию менее прочной и устойчивой. Кроме того, просечки расположены на расстоянии не менее 10 мм от сварных швов и кромок полос, что также обеспечивает необходимую при эксплуатации прочность конструкции.
2
В зависимости от предполагаемого заполнителя и условий эксплуатации в качестве дренажных элементов 2 могут быть выбраны отверстия 5, форма, размер и количество которых определяется в каждом случае индивидуально. При этом форма отверстий 5 может быть круглой, овальной, прямоугольной или криволинейной, при этом линейные размеры ограничены диапазоном 4-7 мм, а площадь каждого отверстия составляет не более 38 мм. Общая площадь отверстий составляет не более 3,5-9% от площади участка с дренажными элементами.
В случаях использования арматуры геотехнической для подвижных и/или насыщенных водой грунтов в конструкции могут быть использованы дренажные элементы 2 в виде комбинации просечек и отверстий с соблюдением экспериментально установленных ограничений по количеству и размерам.
2
Наиболее оптимальным является вариант исполнения конструкции арматуры геотехнической, в которой в качестве дренажных элементов использованы и просечки и отверстия, количество отверстий составляет 2-10 на 1 дм, а количество просечек 8-30 на 1 дм.
Полимерные полосы с сформированными отверстиями и/или просечками по технологии сваривают ультразвуковым (при помощи ультразвуковых колебаний) или термическим методом. При ультразвуковом методе сварки образуется физический контакт поверхностей и происходит активация полимерных молекул и образование химических связей при минимальном перегреве материала. Ультразвуковая сварка может выполняться
точечным или шовным методом. Термический метод сварки подразумевает сильный нагрев и сдавливание свариваемых поверхностей. Сварочные швы 3 располагают в шахматном порядке вертикально по отношению к кромкам полос. Расстояние между швами составляет 0,25-0,8 м в зависимости от необходимой величины ячейки и предполагаемых условий эксплуатации. Сваренные и просеченные полосы арматуры укладывают в пакет с целью облегчения транспортировки.
На фиг.4 представлены варианты исполнения просечек и отверстий в качестве дренажных элементов. Отверстия (фиг.4 А) могут быть выполнены например, круглой, квадратной, прямоугольной, треугольной или многоугольной формы, криволинейными, овальными или вытянутыми. Просечки (надрезы) (фиг.4 В) могут быть выполнены, например, клиновидными, подковообразными, трапециевидными, скобообразными. При этом необходимым является соблюдение требований по ограничению линейных размеров и площадей отверстий и протяженности просечек, а именно:
2
- отверстия имеют линейные размеры 4-7 мм каждое, а площадь выемки материала каждого отверстия составляет не более 38 мм;
- протяженность просечек составляет 9-38 мм.
Арматуру геотехническую в собранном виде (фиг.1) транспортируют к месту эксплуатации. Далее конструкцию растягивают в направлении, нормальном к поверхности гибких полимерных полос. При таком растяжении, за счет своей гибкости, полимерные полосы изгибаются синусоидальным образом и образуют ячеистую структуру (фиг.2), каждая ячейка которой ограничена сварными швами, расположенным в шахматном порядке. Развернутую таким образом арматуру укладывают на предварительно подготовленную ровную поверхность откоса или участка дороги вручную или при помощи механических средств, например, лебедки. Затем арматуру фиксируют на укрепляемом слое грунта при помощи анкеров. Аналогичным способом устанавливают следующие блоки арматуры, соединяя их между собой, и фиксируя на поверхности подготовленного участка анкерами. После этого в ячейки укладывают заполняющий материал, в зависимости от назначения объекта (щебень, грунт, бетон и т.п.).
Под нагрузкой заполненная арматура геотехническая работает как упругая гибкая плита на грунтовом основании, повышая долговечность укрепляемой поверхности.