ГЕОМАТРИЦА (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАТЯЖЕНИЯ ЛЕНТ ГЕОМАТРИЦЫ

Предлагаемые технические решения относятся к области повышения несущей способности оснований под различные сооружения или располагаемые на нем объекты, предпочтительно трубопроводы, а именно - к средствам укрепления грунтового основания, например в водонасыщенных или переувлажненных грунтах. Геоматрица (ГМ), как и другие аналогичные средства - геоматы, георешетки и т.п., применяется для повышения несущей способности основания земляного полотна различных сооружений (дорог, проездов, подъездов, площадок и др.), для укрепления насыпей и откосов (конусов, дамб, обочин и др.), в качестве элементов противоэрозионных и защитных сооружений, армирования слабых оснований в различных климатических зонах. ГМ используется в области строительства, капитального ремонта и реконструкции объектов добычи, транспорта и хранения нефти и газа, газоснабжения, газопотребления и др. объектов.
Известен геомат, образованный лентами из нетканого синтетического материала, уложенными параллельно друг другу с образованием в поперечном направлении стопы и соединенными в смежных лентах друг с другом по их высоте сварными сплошными швами с чередованием по длине ленты соединяющих две ленты швов в шахматном порядке со швами, соединяющими указанные ленты со смежными для них внешними лентами, таким образом что при перемещении лент в направлении продольной оси геомата перпендикулярно в начальный момент их поверхности, они образуют ромбовидные ячейки, при этом по крайней мере часть лент выполнена с элементами усиления (RU №60545 U1, E02D 17/12, 2006 г.). Однако, ромбовидная структура и шахматный порядок швов соединения не
обеспечивают должной устойчивости лент при заполнении ромбовидных ячеек сыпучим материалом, что приводит к различной по площади геомата его плотности и, как следствие, различной несущей способности. Отсутствие днища, как неотъемлемого элемента конструкции геомата, не позволяет гарантировано удержать в его ячейках размещенный сыпучий материал.
Известен геомат сотовой структуры, выполненный из гибких полос, установленных на ребра и соединенных между собой линейными швами, расположенными в шахматном порядке, отличающийся тем, что полосы изготовлены из нетканого геотекстиля, упрочненного аппретированием и строчеными швами, расположенными равномерно по площади полос и параллельно их основанию, при этом расстояние между швами и ширина стежка составляют 2-5 мм, при этом соединение полос между собой выполнено одним или более строчеными швами с усилением краевых зон (RU №2180030 C1, E02D 17/20, 2002 г.). Однако, отсутствие днища, как неотъемлемого элемента конструкции геомата, не позволяет гарантировано удержать в его ячейках размещенный сыпучий материал, расположение швов в шахматном порядке приводит при растяжении геомата к различным по величине напряжениям в образующих его структуру полосах, что отрицательно влияет на их устойчивость (сохранение формы ячейки) при заполнении сыпучим материалом. Это приводит в возникновению неравномерных по площади участков с различной по величине несущей способностью, и, как следствие - к нежелательным местным просадкам.
Известна георешетка, содержащая набор гибких лент, скрепленных расположенными в шахматном порядке, перпендикулярными длинным сторонам гибких лент швами с возможностью образования заполняемой насыпным грунтом ячеистой структуры при укладке набора гибких лент их длинными кромками на укрепляемый грунт и приложении поперечных и продольных расчетных растягивающих усилий к крайним лентам с последующей фиксацией на грунте ячеек по периметру растянутого набора гибких лент, в которой для увеличения устойчивости, прочности и
поперечной жесткости георешетки гибкие ленты изготовлены из мягких рулонированных материалов, а ячейки георешетки имеют форму шестиугольника, для чего скрепляющие швы выполнены равнопрочными материалу лент и сдвоенными с расстоянием между сдвоенными швами, не превышающим половины расстояния между внутренними швами пар, формирующих ячейки георешетки (RU №2228479 C1, F16L 1/00, 2004 г.). Форма ячейки в виде шестиугольника не обеспечивает необходимой равномерности напряжения образующих ячейку лент, что также приводит в описанным выше недостаткам. Кроме того, отсутствие днища не гарантирует надежности создаваемой с помощью данной георешетки конструкции из-за фильтрации и вымывания сыпучего материала из ее ячеек.
Известна ячеистая конструкция геоматрицы, содержащая набор гибких лент, скрепленных перпендикулярными их длинным сторонам и расположенными в шахматном порядке швами с возможностью образования заполняемой насыпным грунтом ячеистой структуры, которая снабжена скрепляемым с ячеистой структурой основанием из фильтрующего нетканого синтетического материала, а образующие ячеистую структуру гибкие ленты изготовлены из мягких рулонированных материалов (опубликованная заявка №2005126259, Е01С 13/00, 2007 г.). Однако, расположение скрепляющих ленты швов именно в шахматном порядке также, как отмечено выше, приводит к возникновению разнонаправленных векторов сил и не обеспечивает требуемой надежности соединения при растяжении в пределах упругой деформации образующих ячеистую структуру гибких лент, что отрицательно влияет на стабильность их положения при загрузке в ячейки материала и не обеспечивает необходимой равномерности несущей способности заполненной насыпным грунтом ячеистой структуры. Использование мягких рулонированных материалов для структуры ячейки также не обеспечит устойчивости ее формы при заполнении сыпучим материалом, что также приведет к неравномерной по площади несущей способности геоматрицы.
Известна георешетка, образованная из растянутых на анкеры расположенных в шахматном порядке ячеек, которые заполнены грунтом, причем конструкция основания из указанных георешеток выполнена многоуровневой (US №4778309, E02D 29/00, 1988 г). Данной конструкции, вследствие шахматного расположения ее ячеек и отсутствия днища, присущи описанные выше недостатки.
Известна конструкция георешетки, образованная из отдельных соединенных торцами между собой коробов из синтетического материала, заполняемых грунтом и имеющих покрытие (US №4726708, Е02 В 3/12, 1988 г). Однако, данная конструкция не образует единого несущего конструкционного элемента ввиду возможности смещения составляющих ее коробов, не имеющих системы обеспечения напряжения образующего их синтетического материала при загрузке в них сыпучего материала, что не обеспечит требуемой равномерности распределения несущей способности по площади создаваемой георешеткой конструкции.
Известна георешетка в виде грунтового модуля, заполняемого местным сыпучим грунтом, выполненная из лент технической ткани (http://www.vniist.ipt.ru/list32.html, 07.04.2008 г.). Структура данной георешетки приводит к возникновению (что видно из данного рисунка) различных по величине напряжений в образующих ее лентах и, как следствие, - различной величине деформации, при которой достаточно трудоемко образовать единую конструкцию из нескольких установленных в ряд георешеток. Кроме того, отсутствие днища позволяет распространить на нее отмеченные выше недостатки других конструкций.
Наиболее близкой из известных является геоматрица, выполненная из синтетических лент, охватывающих по углам образованных ячеек анкера, пропущенные через уложенное под решетку и не соединенное с ней полотнище (US №5580190, E02D 17/20, 1996 г). Такая конструкция не позволяет гарантированно удерживать в ячейках загружаемый в нее материал.
Технической задачей является создание геоматрицы и средств ее укладки, обеспечивающих при простоте их эксплуатации и конструкции, равномерное по плотности распределение загружаемого в ячейки материала при обеспечении устойчивости стенок ячеек вследствие создания осевого (продольного лентам) напряженного состояния их при загрузке, гарантированное удержание под расчетной нагрузкой загруженного в ячейки различного строительного материала, в том числе с применением местного грунта, а также предотвращение его вымывания в различных гидрогеологических условиях эксплуатации, предпочтительно - в траншеях магистральных трубопроводов, основаниях земляного полотна дорог, площадок, проездов, подъездов, на склонах и др.
Геоматрица, по определению в данном случае, представляет собой расположенный в определенной последовательности набор связанных между собой заполняемых в рабочем состоянии предпочтительно сыпучим материалом ячеек, имеющих днище, общее для геоматрицы или отдельное для ячейки или группы ячеек.
Достигается это тем, что:
- В одном из вариантов геоматрица содержит ленты, по крайней мере часть из которых выполнена из синтетического полимерного материала, обладающего фильтрующей способностью, причем ленты соединены между собой с образованием их плоскостями в плане линейно или последовательно по длине или ширине геоматрицы расположенных ячеек прямоугольной или квазипрямоугольной формы, а геоматрица снабжена дискретно или непрерывно прикрепленным к лентам полотнищем или дискретно или непрерывно прикрепленными к, по крайней мере части из лент, полосовыми отрезками, образующими днище из синтетического полимерного материала, обладающего фильтрующей способностью, соединенным с, по крайней мере, частью из лент с образованием открытого сверху и разделенного на упомянутые ячейки гибкого короба. При этом, геоматрица может быть снабжена соединенными с противоположными сторонами короба лентами из
термопластичного материала, например из полиэтилена или из материала на его основе, предпочтительно, перфорированными и чередующимися с лентами из синтетического фильтрующего материала, и образующими с ними упомянутые ячейки. Ленты в коробе могут быть расположены прямолинейно, а их плоскости взаимно параллельны. По крайней мере часть из лент, выполненных из синтетического полимерного материала, обладающего фильтрующей способностью, может быть расположена в коробе с образованием чередующихся с прямолинейными участками П-образных в плане выступов по размеру упомянутой ячейки, причем ячейки образованы путем скрепления, предпочтительно прошивкой или сваркой, ребер у вершины П-образных в плане выступов одной ленты с ребрами у основания П-образных в плане выступов другой ленты или, по крайней мере одних из упомянутых ребер с дополнительной прямолинейной лентой. Прикрепленное полотнище в виде днища может быть выполнено с напуском, по крайней мере, на пару противолежащих сторон короба, дискретно прошитым или сваренным с ними предпочтительно с образованием внешних карманов. Геоматрица может быть выполнена длиной 2,2-6,5 м и шириной 2,2-6,5 м и иметь петли или шнуры для завязок, по крайней мере, на двух противолежащих сторонах короба, для крепления к устройству, обеспечивающему натяжение и удержание лент при загрузке в ячейки материала их заполнения, например, грунта, и/или для соединения смежных геоматриц между собой.
- В другом варианте геоматрица содержит ленты, установленные на торец на ее днище с образованием гибкого короба, открытого сверху и разделенного на ячейки прямоугольной или квазипрямоугольной формы, соединенные с возможностью совместного с днищем транспортирования, при этом, по крайней мере часть из лент выполнена из синтетического полимерного материала, обладающего фильтрующей способностью, причем ленты соединены с образованием их плоскостями в плане линейно расположенных ячеек, а днище геоматрицы выполнено из гибкого листового
полимерного материала, имеющего прорези и/или отверстия. При этом, прорези могут быть выполнены щелевыми, предпочтительно прямолинейными, и/или пересекающимися, например, с образованием лучей или зигзагов, причем длина прорези обеспечивает возможность ее раскрытия под воздействием массы заполняющего ячейку материала для фильтрации воды.
- В третьем варианте геоматрица содержит ленты, установленные на торец на ее днище с образованием гибкого короба, открытого сверху и разделенного соединенными с ним лентами на линейно расположенные в плане ячейки прямоугольной или квазипрямоугольной формы с возможностью совместного с днищем транспортирования, при этом, по крайней мере часть из лент выполнена из синтетического полимерного материала, обладающего фильтрующей способностью, а днище геоматрицы образовано, по крайней мере одним слоем сетки из полимерного материала или слоями из сетки и синтетического полимерного материала, обладающего фильтрующей способностью. При этом, при выполнении днища из слоев сетки из полимерного материала или слоев из сетки и синтетического полимерного материала, слой с большей фильтрующей способностью расположен над слоем с меньшей фильтрующей способностью, причем вышерасположенный слой имеет площадь меньшую или равную площади нижерасположенного слоя.
- В четвертом варианте геоматрица содержит ленты, по крайней мере, часть из которых выполнена из синтетического полимерного материала, обладающего фильтрующей способностью, причем ленты соединены между гобой с образованием их плоскостями в плане ячеек прямоугольной или квазипрямоугольной формы, продольные оси которых параллельны соответствующим торцевым сторонам геоматрицы, которая снабжена прикрепленным к лентам днищем в виде сплошного полотнища или образующих его полосовых отрезков, причем днище выполнено из, по крайней мере одного, синтетического полимерного материала, сетчатого и/или
обладающего фильтрующей способностью, и соединено с, по крайней мере, частью из лент с образованием открытого сверху и разделенного на упомянутые ячейки гибкого короба.
- Устройство для натяжения лент геоматрицы выполнено в виде параллельно расположенных балок с анкерными, предпочтительно стержневыми или пластинчатыми, выступами, размещаемыми в полостях ячеек, причем балки связаны между собой штангами. По крайней мере, часть из штанг, предпочтительно, расположенных симметрично центральной оси устройства, может быть выполнена шарнирными с силовым замыканием шарнира в прямолинейном их положении. Или, по крайней мере, часть из штанг, предпочтительно, расположенных симметрично центральной оси устройства, выполнена составными с возможностью изменения их длины и снабжены силовыми механизмами с фиксаторами их положения. Или, по крайней мере, часть из штанг снабжены направляющими пластинами, выступающими над ними и/или входящими в ячейки, по крайней мере, на часть их глубины. Или, по крайней мере, на части длины балок, предпочтительно в их верхней части или с внешней боковой их стороны, закреплены выступы для крепления петель или шнуров для завязок геоматрицы. Кроме того, устройство для натяжения лент геоматрицы может быть снабжено приспособлением для стабилизации положения лент при установке в проектное положение или загрузке в ячейки материала их заполнения, выполненным в виде поворотных или откидных штырей, внедряемых концами или выступами в ленты.
На фиг.1 представлен общий вид фильтрующей геоматрицы с продольными (или поперечными) прямоугольными или квазипрямоугольными ячейками на всю длину (или ширину) геоматрицы. При этом, под «квази» - (от лат.quasi - вроде, как будто, как бы), понимается составная часть сложных слов, соответствующая по значению слову: «близкий».
На фиг.2 - то же, с ячейками, разделенными на линейно расположенные структуры.
На фиг.3 - схема образования ячеек (смещение по направлению стрелок с последующим соединением).
На фиг.4 - фрагмент днища из фильтрующего синтетического материала, соединенного с, по крайней мере, частью из лент с образованием открытого сверху и разделенного на упомянутые ячейки гибкого короба.
На фиг.5 - фрагмент геоматрицы с днищем внахлест на одну из ее сторон.
На фиг.6 - фрагмент образования ячеек с прямолинейной лентой.
На фиг.7 - общий вид устройства для натяжения лент фильтрующей геоматрицы, расположенного в проектном положении над геоматрицей.
На фиг.8 - устройство для натяжения лент фильтрующей геоматрицы с закрепленными на нем направляющими пластинами для деления потока сыпучего материала.
На фиг.9 представлено приспособление для стабилизации положения лент при установке геоматрицы в проектное положение или при загрузке в ее ячейки материала их заполнения.
На фиг.10 - разрез по А-А на фиг.9
Геоматрица содержит установленные на торец ленты 1, по крайней мере часть из которых выполнена из синтетического полимерного материала (технические условия рассмотрены далее), обладающего фильтрующей способностью. Ленты 1 соединены между собой с образованием их плоскостями в плане линейно (т.е. последовательно друг за другом в направлении, перпендикулярном боковым сторона геоматрицы) расположенных ячеек 2 прямоугольной или квазипрямоугольной формы. Геоматрица снабжена прикрепленным полотнищем в виде днища 3 из синтетического полимерного материала, обладающего фильтрующей способностью. Днище 3 соединено с, по крайней мере, частью из лент с образованием открытого сверху и разделенного на упомянутые ячейки 2
гибкого короба. Геоматрица снабжена соединенными с противоположными сторонами короба лентами из термопластичного материала, например из полиэтилена или материала на его основе, предпочтительно, перфорированными и чередующимися с лентами из синтетического фильтрующего материала, и образующими с ними упомянутые ячейки. Такое чередование лент из разного материала обеспечивает их взаимную поддержку и позволяет повысить их устойчивость при засыпке ячеек 2. При этом, ленты в коробе расположены прямолинейно, а их плоскости взаимно параллельны или, по крайней мере часть из лент, выполненных из синтетического полимерного материала, обладающего фильтрующей способностью, расположена в коробе с образованием чередующихся с прямолинейными участками П-образных в плане выступов (фиг.3, 4) по размеру упомянутой ячейки, причем ячейки образованы путем скрепления, предпочтительно прошивкой или сваркой (непрерывной или дискретной), ребер у вершины П-образных в плане выступов одной ленты с ребрами у основания П-образных в плане выступов другой ленты или, по крайней мере одних из упомянутых ребер с дополнительной прямолинейной лентой. Прикрепленное полотнище в виде днища 3 выполнено с напуском (на внешнюю часть высоты короба по его периметру), по крайней мере, на пару противолежащих сторон короба, дискретно прошитым или сваренным с ними, предпочтительно с образованием внешних карманов 4. Геоматрица может быть выполнена с размерами, указанными в таблице 2, а также, предпочтительно, длиной 2,2-6,5 м и шириной 2,2-6,5 м и иметь петли или шнуры 5 для завязок, по крайней мере, на двух противолежащих сторонах короба, для крепления к устройству, обеспечивающему натяжение и удержание лент при загрузке в ячейки 2 материала их заполнения, например, грунта, или для соединения смежных геоматриц между собой, что устраняет возможность образования щелей между ними в процессе эксплуатации.
Для удержания геоматрицы в проектном положении под загрузкой в нее сыпучего материала служит устройство для натяжения лент геоматрицы,
представляющее собой кондуктор. Устройство для натяжения лент геоматрицы выполнено в виде параллельно расположенных балок 5 с анкерными, предпочтительно стержневыми или пластинчатыми, выступами 6, размещаемыми в полостях ячеек 2, причем балки связаны между собой штангами 7. По крайней мере, часть из штанг 7, предпочтительно, расположенных симметрично центральной оси устройства, выполнена шарнирными с силовым замыканием шарнира 8 в прямолинейном их положении. Часть из штанг 7, предпочтительно, расположенных симметрично центральной оси устройства, выполнены составными с возможностью изменения их длины и снабжены силовыми механизмами 9 с фиксаторами их положения. Часть из штанг снабжены направляющими пластинами 10, выступающими над ними и/или входящими в ячейки 2, по крайней мере, на часть их глубины. Кроме того, по крайней мере, на части длины балок 5, предпочтительно в их верхней части или с внешней боковой их стороны, закреплены выступы 11 для крепления петель или шнуров для завязок геоматрицы. Устройство для натяжения лент геоматрицы может быть смежных снабжено приспособлением для стабилизации положения лент при установке в проектное положение или загрузке в ячейки материала их заполнения, выполненным в виде поворотных или откидных штырей 12, внедряемых концами в ленты 1. Для изготовления геоматрицы следует использовать материалы, изготовленные по ГОСТ 18215-87, ТУ 8388-033-00327586-2006, ТУ 2281-113-00204027-2000, ТУ 17 РФ 21.2-248-57-2000 с изв. №1, 2, ТУ 5772-008-25388761-2002, ТУ 8397-056-05283280-2002, либо другим ГОСТ или ТУ с техническими характеристиками, соответствующими требованиям аналогичных технических условий, нормативно-технической документации на их производство и имеющие сертификат качества (паспорт). Для изготовления геоматрицы применяют прочные, стойкие к микробиологическим воздействиям, долговечные в грунтовых условиях, экологически безвредные синтетические материалы. Допускается использование комбинации различных материалов. Для раскроя лент и
днища, из которых изготавливают геоматрицу, может использоваться полотно синтетического материала с заданными техническими характеристиками, соответствующими указанным выше требованиям.
Технические требования к материалам, применяемым для изготовления геоматрицы и методы их испытаний приведены в таблице 1.
Таблица 1
Наименование показателя
Величина
Метод испытания
Поверхностная плотность, г/кв.м Не менее
100
ГОСТ 15902.1-80 ГОСТ 15901.1-80 ГОСТ 29104.1-91
Разрывная нагрузка по длине и ширине на полоску 50 мм, Н Не менее
325
ГОСТ 15902.3-79 ГОСТ 29104.4-91
Толщина при нагрузке 2 кПа, мм Не менее
0,5±15%
ГОСТ 12023-93
Температура хрупкости, °С Не менее
-60
ГОСТ 8747-88
Коэффициент фильтрации, м/с Не менее
10
Методика СОЮЗДОРНИИ
Группа горючих материалов средней воспламеняемости
KU=28,4% об.
ГОСТ 12.1.044-89
Дополнительные характеристики материалов, применяемых для изготовления геоматрицы:
- Материал может быть защищен полимерной композицией;
- Материал должен быть нетоксичен для персонала и экологически безвреден;
- Материал не должен служить продуктом питания грызунов;
- Расчетный срок службы материала в грунте должен быть не менее 30 лет.
В качестве примеров в таблице 2 приведены типовые конструкция и размеры геоматрицы. (Допускается по индивидуальным проектам изготавливать геоматрицу других размеров с соблюдением параметров, указанных в таблице 1).
Таблица 2
№№
Тип
Размерный ряд
Высота матрицы (h), мм
Размер ячейки (L), мм
Длина матрицы (В), м
Ширина матрицы (А), м
1
ГМ
5.5
50
50×50
5,0
2,5
2
ГМ
10.5
50
100×100
5,0
2,5
3
ГМ
15.5
50
150×150
5,1
2,4
4
ГМ
10.10
100
100×100
5,0
2,5
5
ГМ
15.10
100
150×150
5,1
2,4
6
ГМ
20.10
100
200×200
5,2
2,4
7
ГМ
30.10
100
300×300
5,1
2,4
8
ГМ
15.15
150
150×150
5,1
2,4
9
ГМ
20.15
150
200×200
5,2
2,4
10
ГМ
30.15
150
300×300
5,1
2,4
11
ГМ
20.20
200
200×200
5,2
2,4
12
ГМ
30.20
200
300×300
5,1
2,4
13
ГМ
30.30
300
300×300
3,6
3,0
14
ГМ
40.30
300
400×400
3,6
3,2
15
ГМ
40.40
400
400×400
3,6
3,2
16
ГМ
50.40
400
500×500
3,5
3,0
17
ГМ
50.50
500
500×500
3,5
3,0
18
ГМ
60.60
600
600×600
3,6
3,0
19
ГМ
70.60
600
700×700
3,5
2,8
20
ГМ
70.70
700
700×700
3,5
2,8
21
ГМ
80.70
700
800×800
3,2
3,2
22
ГМ
80.80
800
800×800
3,2
3,2
23
ГМ
90.90
900
900×900
2,7
2,7
24
ГМ
100.100
1000
1000×1000
3,0
3,0
25
ГМ
100.110
1100
1000×1000
3,0
3,0
26
ГМ
100.125
1250
1000×1000
3,0
3,0
27
ГМ
150.125
1250
1500×1500
3,0
3,0