СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ТОЧЕЧНОГО КРЕПЛЕНИЯ ГИДРОИЗОЛЯЦИОННОЙ МЕМБРАНЫ К ГИДРОСООРУЖЕНИЯМ
METHOD AND SYSTEM FOR WATERPROOF MEMBRANE POINT-FIXED TO HYDRAULIC WORKS

Настоящее изобретение относится к гидроизоляционным покрытиям для гидросооружений, таких как каналы, туннели, дамбы и т.п., гидроизоляционным и защитным мембранам из материала на основе синтетических смол или, в общем, пластикового материала, обычно называемым "геомембранами" и, конкретно, относится к способу и системе точечного крепления, подходящим для передачи на гидросооружение или грунт усилий и напряжений, действующих на мембрану, обусловленных потоками текучей среды.
Согласно другой задаче изобретения созданы способ и система крепления для гидроизоляционной защитной мембраны с простой конструкцией и относительно низкой стоимостью в сравнении с обычными системами крепления, и подходящие для выдерживания и передачи на конструкцию гидросооружения и/или на грунт, той же точечной системой против анкеров, сил, генерируемых инфильтрацией, обусловленной случайными разрывами мембран и/или действием ветра, без повреждения защитной мембраны и мест точечного крепления.
Согласно дополнительной задаче изобретения, создана система точечного крепления, содержащая подходящую защитную и предохранительную систему на верхних кромках боковых стен канала или, в общем, гидросооружения.
Вышеупомянутые задачи можно выполнить с помощью способа точечного крепления по п.1 формулы изобретения и системы точечного крепления по п.3 формулы изобретения.
В частности, согласно первому решению изобретения, создан способ крепления гидроизоляционной защитной мембраны из пластикового материала на закрываемой области поверхности конструкции гидросооружения с механическими устройствами крепления, отличающийся следующими этапами, на которых:
создают множество устройств точечного крепления, каждого содержащего участок заанкеривания приспособленный для проникновения в гидросооружение и/или подстилающий грунт, участок крепления мембраны, проходящий от участка заанкеривания устройства крепления;
осуществляют проникновение участка заанкеривания в конструкцию гидросооружения и/или в грунт, с участком крепления мембраны, проходящим наружу, устройствами крепления, образующими множество мест точечного заанкеривания для защитной мембраны;
укладывают защитную мембрану на площадь закрываемой поверхности, с участками крепления мембраны устройствами крепления, проходящими через соответствующие отверстия в мембране;
устанавливают кольцевые уплотнения и закрепляющие пластины, приспособленные для создания площади поверхности обширного кольцевого контакта, по меньшей мере, на одной стороне мембраны; и
заанкеривают мембрану к устройствам точечного крепления прижатием с уплотнением мембраны на площади закрываемой поверхности, в натянутом состоянии для передачи и распределения любых сил и/или напряжений, действующих на мембрану, на индивидуальные устройства точечного крепления.
Согласно изобретению создана система крепления для крепления гидроизоляционной защитной мембраны из пластикового материала, подходящей для закрытия площадей поверхности гидросооружений вышеупомянутым способом, отличающаяся тем, что:
множество устройств точечного крепления, расположены на площади поверхности закрываемой конструкции гидросооружения;
каждое устройство точечного крепления содержит элемент заанкеривания, приспособленный для проникновения в бетон конструкции гидросооружения и/или в грунт, и участок крепления мембраны, проходящий от элемента заанкеривания;
средство уплотнения, соединяющееся с участком крепления мембраны закрепляющих элементов, приспособлено и установлено для создания площади фрикционного и уплотняющего кольцевого контакта, по меньшей мере, на одной стороне мембраны, и прижатия мембраны к площади поверхности конструкции гидросооружения.
Вышеупомянутые и другие признаки способа и системы точечного заанкеривания более подробно объяснены в следующем описании, относящемся к некоторым примерам, и показаны на прилагаемых чертежах, где:
На Фиг.1 показан вид сечения канала, на котором защитная мембрана крепится системой точечного крепления согласно изобретению.
На Фиг.2 показан вид сверху отрезка длины канала Фиг.1.
На Фиг.3 показано, как пример, первое устройство точечного крепления мембраны вдоль верхних кромок канала.
На Фиг.4 показано второе устройство точечного крепления вдоль сторон берега канала.
На Фиг.5 показан третий вариант осуществления устройства точечного крепления.
На Фиг.6 показан четвертый вариант осуществления крепления мембраны к грунту дна канала.
Как хорошо известно, в прошлом применяли различные решения для крепления просто под действием силы трения защитной мембраны из пластикового материала на площади поверхности гидросооружения, подлежащей защите, например поверхности дамбы, находящейся в контакте с водой; система крепления данного типа описана, например, в US-A-5143480. Дополнительно, в EP-A-0775781 описана защитная система канала, в которой листы синтетического материала крепят простыми штифтами, вставляемыми в бетон вдоль периферийных кромок канала, и в котором защитную мембрану удерживает придавленной к поверхности канала только давление воды, создавая средство балластировки на дне.
Другие устройства крепления описаны, например, в US-A-4129007 и US-A-4915542.
В прошлом данные системы крепления имели некоторые проблемы, обусловленные инфильтрацией воды под защитную мембрану, вследствие разрезов и/или разрывов, вызванных в самой защитной мембране; другой причиной разрывов служат вздутия на мембране вследствие отрицательных давлений, создаваемых действием ветра. Во всех вариантах создавались опасные разрывы и возможное отрывание мембраны в местах заанкеривания, поскольку системы крепления не могли эффективно передавать на гидросооружения и/или на подстилающий грунт напряжения, обусловленные силой воды и/или ветра, без нарушения целостности защитной мембраны и изолирующего действия в зонах заанкеривания.
Дополнительно, сложная конструкция некоторых ранее использовавшихся систем крепления, обуславливала сложную и неэкономичную укладку защитной мембраны вследствие необходимости работы крупногабаритных и тяжелых машин и оборудования.
Во время укладки защитной мембраны из пластикового материала на гидросооружение с использованием обычных систем крепления, необходимо дополнительно учитывать, что, для проектирования и установки данных систем в гидростатических условиях не нужно учитывать напряжения защитной мембраны. Напротив, в гидродинамических вариантах применения, является существенным установление правильной системы крепления защитной мембраны для поддержания лучших показателей работы системы также в случае возникновения повреждений мембраны.
Настоящее изобретение нацелено на создание способа и системы крепления для решения проблем, с которыми сталкиваются в обычных системах крепления, использующихся до настоящего времени, подходящих для применения в гидростатических и гидродинамических условиях гидросооружений и для заанкеривания защитной мембраны, как к бетонной конструкции гидросооружения, так и к грунту, гарантирующего надлежащее распределение сил и напряжений, действующих на защитную мембрану.
В частности, в примере Фиг.1, показан вид сечения канала 10, имеющего бетонные береговые откосы 11, и грунтовое или из тонких бетонных плит дно 12.
Защитная пластиковая мембрана 13 на Фиг.1 выполнена с обеих сторон на береговых откосах 11 и дне 12 канала и надлежащим образом скреплена в различных местах закрепления для выдерживания и передачи сил и напряжений, действующих на защитную мембрану 13.
В общем, аналогичную защитную мембрану 13 выполняют из упруго гибкого и растяжимого листа из пластикового материала, обычно называемого "геомембраной", созданного соединением или сваркой множества пластиковых листов, например, из поливинилхлорида (ПВХ), или полиэтилена высокой плотности (ПРВП), полипропилена (ПП), или термопластичных полиолефинов (ТПО).
В зависимости от характеристик гидросооружения и пластикового материала защитной мембраны и гидравлических условий, необходимо выполнять надлежащий выбор системы крепления, которая должна быть подходящей для распределения и передачи сил и/или напряжений, действующих на защитную мембрану 13, на грунт и/или на бетонную конструкцию сооружения, и являться, при этом, экономичной и простой в установке.
На основе некоторых испытаний отмечено, что хорошие результаты можно получить с использованием системы заанкеривания в установленных местах, точечного типа, т.е., использования специальных устройств крепления, устанавливаемых в точках площади закрываемой поверхности, на береговых откосах 11 и дне 12 канала 10, показанных в примере на фиг. 1 и 2.
Как должно быть ясно из вышеупомянутых фигур, использована встроенная система крепления, содержащая множество устройств точечного крепления, как на бетоне береговых откосов, так и на дне 12; различные устройства крепления выставлены в продольном направлении канала, вдоль параллельных линий заанкеривания.
Более подробно, система содержит ряд устройств 14 точечного крепления защитной мембраны 13, созданных вдоль верхних кромок береговых откосов 11 канала, например, типа, показанного на Фиг.3. Дополнительно система содержит два или больше комплектов устройств 15 точечного крепления, распределенных вдоль двух береговых откосов канала, например, типа, показанного на Фиг.4 или 5, и один или несколько комплектов устройств 16 точечного крепления, надлежащим образом распределенных на дне 12 канала.
В варианте, показанном на Фиг.1 и 2, хотя устройства 14, 15 точечного крепления приспособлены для и выполнены с возможностью передачи сил напрямую на бетонные береговые откосы 11 канала, в варианте дна 12 канала, как показано на примере Фиг.6, устройства 16 точечного крепления приспособлены для и выполнены с возможностью передачи напрямую сил на подстилающий грунт.
На Фиг.1 и 2 показано дополнительно присутствие безопасной металлической решетки 17 с крупными ячейками, прикрепленной вдоль верхних кромок; подходящие противовесы, не показанные, можно располагать вдоль нижней кромки решетки 17, прижимающие защитную мембрану 13 и создающие подходящее средство безопасности за которое человек, случайно упавший в канал, может схватиться и вылезти, чтобы не быть унесенным потоком воды.
Дополнительно на Фиг.1 показано, что в варианте разрыва гидроизоляционной и защитной мембраны 13, т.е., в варианте, поперечного разреза по 1-1 на Фиг.2, или разреза с другой ориентацией, давление воды, инфильтрующейся под мембрану должно стремиться создать выпучивание части мембраны, схематично показанное позицией 13' на Фиг.1, с приложением сил в различных направлениях, стремящихся дополнительно отдирать и рвать мембрану на некоторых устройствах 15 и/или 16 точечного заанкеривания.
Согласно настоящему изобретению, устройства 15 и 16 точечного крепления приспособлены для удовлетворения специфических требований:
первое требование гарантирования хорошей гидравлической изоляции мест крепления мембраны; и
второе требование выдерживания сил напряженного состояния, надлежащим образом распределяя их по конструкции гидросооружения и/или на подстилающий грунт.
Вышеупомянутое можно получить приспособлением устройств 15, 16 крепления для создания широкого кольцевого контакта и площадей уплотнения поверхности вокруг отверстий в мембране 13, пересекаемых устройствами крепления; дополнительно, данное можно получить приспосабливая или используя устройства точечного крепления, подходящие для надежного заанкеривания к конструкции гидросооружения, или глубокого заанкеривания в грунт.
В зависимости от механических характеристик мембраны 13, ее толщины и гидравлического расхода, очень важно определить правильную конструкцию и соответствующее пространство между различными устройствами крепления. Например, в каналах с гидроизоляцией защитными мембранами 13 с минимальной толщиной около 2 мм, с низким модулем упругости меньше 25 Н/мм2 как в поперечном, так и в продольном направлениях, согласно стандарту DIN EN ISO 527-1/3, и с водным потоком, имеющим скорость около 6 м/с или ниже, хорошие результаты получены при создании интервалов между устройствами крепления длиной между 0,5 и 3 м.
Некоторые типы устройств крепления показаны на примерах фиг.3-6; конкретно, в примере на Фиг.3 дано устройство 14 крепления используемое на боковых кромках мембран 13. Устройство 14 включает в себя стержень 18 с расширяющимися крыльями 18', заанкеренный в шпуре берегового откоса 11, далее проходящий также в подстилающий грунт согласно требуемой силе заанкеривания. В данном варианте кромка мембраны 13 крепится и придавлена с уплотнением к поверхности 19 канала на береговом откосе 11, или, в общем, к площади поверхности гидросооружения, с использованием фиксирующего средства, созданного стержнем 20 плоского сечения, кольцевой уплотняющей прокладкой 21, установленной между кромкой мембраны 13 и подстилающей поверхностью 19, и болтом 22, завинченным в верхний конец заанкеривающегося стержня 18. Как показано в увеличенном детальном виде на Фиг.3, размеры стержня 20 плоского сечения и прокладки 21 являются подходящими для устройства кольцевой площади уплотнения вокруг отверстия 13, для примера, в три или более раз больше отверстия 13 мембраны для приложения значительной силы трения на одну или обе стороны мембраны 13.
На Фиг.4 показана увеличенная деталь второго устройства 15 крепления химического типа, подходящего для заанкеривания мембраны к бетонной поверхности гидросооружения; хорошо известное устройство, содержит заанкеривающий элемент в форме стержня 23, проходящего в кожух 24, содержащий смесь смолы химического отверждения в отверстии, выполненном в бетонной стенке 11.
Стержень 23, в дополнение к тому, что представляет собой заанкеривающий элемент, имеет верхнюю часть 23', проходящую вверх для обеспечения уплотненного крепления мембраны 13. В данном варианте мембрана 13 уплотненно крепится уплотняющим устройством, содержащим нижнюю металлическую пластину 25, верхнюю металлическую пластину 26 и две кольцевых прокладки 27, 28 на противоположных сторонах мембраны 13; возможный металлический профиль 31, имеющий сечение швеллера, продольно проходит и закрепляется между заанкеривающими устройствами 15, и совмещен с продольным направлением канала, для распределения напряжений и сил на два или больше смежных устройств крепления. Компоновка пластин крепления, кольцевых прокладок и металлического профиля придавливается с уплотнением к дренирующему воду слою 30 текстильного материала, расположенному между мембраной 13 и поверхностью 19, гайкой 29, навинчиваемой на выступающий конец 23' заанкеривающего стержня 23.
Также в данном варианте компоновка фиксирующих пластин 25, 26 и прокладок 27 и 28 является подходящей для создания широкого кольцевого контакта поверхности с обеих сторон мембраны 13, способного обеспечить необходимое водонепроницаемое уплотнение, силу трения и механическое фиксирующее действие стержня 23, подходящего для передачи сил, приложенных к мембране 13, без повреждения последней, на устройство крепления в целом.
Наконец на фиг.4 показана возможность закрытия различных устройств крепления, выставленных вдоль канала защитным профилем 13' из пластикового материала, аналогичного материалу мембраны 13, приваренным на боковых кромках, перекрывающего стержень 31 металлического профиля.
На Фиг.5 показан дополнительный возможный вариант осуществления заанкеривающего устройства 15, всегда подходящего для заанкеривания в бетонной стенке гидросооружения. Устройство 15 на Фиг.5 содержит трубчатый элемент 32 с внешними выступами, вставляемый в отверстие 33 с размером больше элемента 32; трубчатый элемент 32 затем заделывают в цементный раствор 34, который можно заливать или закачивать через тот же трубчатый элемент 32, или другим способом.
Также в данном варианте стержень 35, ввинчиваемый в трубчатый элемент 32, создает заанкеривающую часть 35, проходящую из трубчатого элемента 32 наружу для заанкеривания мембраны 13; в данном варианте заанкеривающая часть 35' исполнена в виде болта, завинчиваемого в трубчатый элемент 32. На Фиг.5 использованы позиции, аналогичные Фиг.4 для показа аналогичных или эквивалентных частей.
На фиг.6 показано использование отличающегося устройства крепления для глубокого заанкеривания напрямую в грунт, где поверхностный слой 29 грунта выполнен из гравия, или где толщина бетона сильно уменьшена. В варианте, Фиг.6 устройство крепления содержит фасонный заанкеривающий элемент 36, шарнирно скрепленный со стержнем 40 анкера и приспособленный для задавливания и прохода на заданную глубину в грунт 37; заанкеривающий элемент 36 прикреплен шарниром 38 к вилке 39 на переднем конце стержня 40 анкера, задний конец 40' которого проходит вверх через отверстие в защитной мембране 13; стержень 40 анкера может являться металлическим стержнем или тросом. Также, компоненты уплотнения заанкеривающего устройства, созданные для закрепления мембраны 13 с уплотнением, обозначены позициями, аналогичными использованным на предыдущих фигурах.
Согласно способу и системе точечного заанкеривания, соответствующих настоящему изобретению, в положениях различных мест крепления мембраны 13 создают устройство 15 и/или 16 точечного крепления, заанкеривающие элементы 23, 32 или 36 которого устанавливают в бетонную стену и/или в грунт на заданную глубину, с частью 23', 35 или 40' крепления мембраны, частично выступающей наружу. Защитную мембрану 13, снабженную подходящими сквозными отверстиями под элементы крепления, укладывают на закрываемую поверхность после установки пластин 25 и нижних прокладок 27. Затем верхние прокладки 28, пластины 26 и стержни 31 металлических профилей 31 устанавливают, закрепляя всю компоновку гайками 29. Таким способом, мембрану 13 закрепляют с уплотнением с двух сторон между контактными поверхностями прокладок, закрепленных между двумя пластинами; кроме того мембрана 13 становится упруго растянутой и придавленной к поверхности 19 грунта и/или бетонной стенки; при этом возможно распределение и передача на грунт и/или конструкцию гидросооружения всех сил и напряжений, действующих на мембрану, посредством различных устройств точечного крепления.
Следует понимать, что описанное и показанное на прилагаемых чертежах дано только с целью иллюстрации некоторых предпочтительных вариантов осуществления, и что систему точечного крепления согласно настоящему изобретению можно применять любым способом и использовать иначе для крепления защиты любого гидросооружения, без отхода от формулы изобретения.