Геооболочка для объемного армирования грунтовых оснований или сооружений

Заявленная полезная модель относится к области гражданского, промышленного и военного строительства и применяется для армирования и защиты от водной и ветровой эрозии грунтов, используемых для сооружения объектов на уклонах местности, на уклонах трассы, а также для укрепления земляного полотна в целях повышения его несущей способности, увеличения модуля деформации и сохранения в армируемом слое инертных материалов, и относится, в частности к геооболочке для объемного армирования грунтовых оснований или сооружений.
Уровень техники
Анализ предшествующего уровня техники позволил выявить ранее опубликованные российские и иностранные патенты, наиболее близкими из которых являются нижеуказанные два аналога и прототип.
Первый аналог, устройство из геотекстильных материалов в качестве формирующей оболочки сваи одновременно с технологией обсадной трубы, может быть использовано в неустойчивых грунтах, когда в инженерно-геологическом разрезе площадки присутствуют значительные по толще слои текучих, текучепластичных суглинков и супесей с низкими прочностными характеристиками, в грунтах с иловатыми прослойками, в слабых водонасыщенных тиксотропных грунтах, а также грунтах, содержащих линзы и подверженных плывунным явлениям. Применение данного устройства включает образование в грунте скважины с размещением в ней обсадной трубы, отличающееся тем, что происходит закрепление на обсадной трубе при помощи кожуха геотекстильного «чулка», в который предварительно засыпают 5-10% от объема бетонной смеси, что позволит произвести первоначальную растяжку «чулка» на данную глубину, затем опускают арматурный каркас и производят окончательное бетонирование сваи (патент на полезную модель РФ №114468, дата публикации 27.03.2012 г.).
Второй аналог, конструкция дороги, содержит геотекстильную ткань, земляное полотно, слой щебня 3, замковые соединения геотекстиля 4, слой асфальтобетона, причем геотекстильная ткань обволакивает земляное полотно и слой щебня замкнутой оболочкой. Это дает возможность при уплотнении повысить плотность слоев щебня и земляного полотна и увеличить нагрузочную способность дороги. В предложенной конструкции геотекстильная ткань может укладываться отдельными полотнами, соединяемыми замками, кроме того, для увеличения прочности соединения замки прошиты шпильками, а для дорог большой ширины предусмотрено применение геоткстиля с якорными буртами и отсутствием оболочки из геотекстиля в основании дороги. Шпилька с одной стороны имеет плоскую головку, упирающуюся в асфальтобетон, а с другой стороны - острую головку, которая прошивает замок и удерживается выступом от выпадания до укладки асфальтобетона. Процесс возведения дорожной конструкции заключается в том, что на подготовленный по высотным отметкам участок укладывается геотекстиль, в два-три раза (в зависимости от высоты земляного полотна) превышающий ширину полотна дороги, затем возводится земляное полотно, укладывается слой щебня, и выступающие края геотекстиля по бокам дороги заворачивают поверх щебня, соединяют в замок, пропитывают битумом или другим крепителем и сверху укладывают асфальтобетон. При заворачивании боковин геотекстиля одновременно заворачивают геотекстиль по торцам дороги, образуя из него замкнутую оболочку. В случае необходимости в замки устанавливают шпильки и применяют геотекстильное полотно с якорными буртами для экономии геотекстиля в основании дороги (патент на изобретение РФ №2364700, дата публикации 20.08.2015).
Прототип - геооболочка представляет собой двухслойную пространственную конструкцию, образованную, по меньшей мере, переплетением между собой продольно ориентированного нитевого слоя и поперечно ориентированного нитевого слоя, и выполненную в виде прямоугольной емкости или нескольких прямоугольных емкостей, соединенных боковыми сторонами и образующих общую прямоугольную конструкцию ячеистой формы, причем один из нитевых слоев выполнен из полиэфирного волокна, при этом согласно настоящей полезной модели, другой нитевой слой плетеной конструкции выполнен из полиамидного волокна (патент на полезную модель №149616, дата публикации: 10.01.2015).
Основными объективными недостатками выявленных устройств двух аналогов и прототипа являются низкие эксплуатационные и физико-механические характеристики их конструкций. Основной проблемой строительства дорог в зоне вечной мерзлоты является необходимость сооружения земляного полотна на основаниях, теряющих прочность при оттаивании. Эта проблема решается, как правило, одним из двух методов: уменьшение (исключение) оттаивания основания земляного полотна, либо укрепление оттаявшего грунта. В соответствии с этим геосинтетические материалы, наиболее широко применяемые в дорожном строительстве в зоне вечной мерзлоты, по своему назначению подразделяются на две основные категории: армирующие (геосетки, пространственные георешетки, геооболочки), и теплоизолирующие (пенополистирол, торф).
Однако применение теплоизоляторов не позволяет избежать оттаивания основания. Как правило, максимальное оттаивание происходит под нижней частью откоса. Если под проезжей частью насыпи оттаивание основания можно исключить, то под откосом, в особенности под его нижней частью, требуется слой пенополистирола значительной толщины, что вызывает удорожание строительства. Оттаивание сопровождается неравномерными осадками, просадками и размывом оттаявшего грунта.
Одновременное уменьшение глубины оттаивания и армирование оттаявшего грунта могло бы решить проблему, однако использование нескольких материалов усложняет технологию и вызывает удорожание строительств.
Задачей заявленной полезной модели является устранение выявленных недостатков аналогов и прототипа.
Техническим результатом заявленной полезной модели являются высокие эксплуатационные и физико-механические характеристики.
Краткая сущность заявленной полезной модели.
Технический результат достигается за счет того, что геооболочка для объемного армирования грунтовых оснований или сооружений, состоящая из, по меньшей мере, двух слоев, образованных переплетением между собой продольно ориентированного и поперечно ориентированного нитевых слоев, при этом один из нитевых слоев выполнен из полиэфирного волокна, другой нитевой слой выполнен из полиамидного волокна, при этом, материал содержит дополнительный нитевой слой из хлопкового волокна, переплетающийся с нитевыми слоями полиэфирного и полиамидного волокон и выполненный с полихлорвиниловым покрытием. Новым является то, что устройство представляет собой пространственную ячеистую односекционную конструкцию открытого типа, выполненную с возможностью заполнения ее насыпным материалом, выполненную из геотекстиля с возможностью сшивания геополос между собой в перпендикулярной плоскости относительно плоскости основания с длиной стежка 4-8 мм и с возможностью сшивания геополос с гибким основанием-дном, при этом в начале и в конце каждой строчки выполнен закреп, длина которого 30-40 мм, при этом вылет днища - 0,3 м, при этом прочность сшивного соединения составляет не менее 60% от прочности применяемого для изготовления устройства геотекстиля, при этом ячейки имеют размер по высоте от 300 мм до 1500 мм, при этом выполнены дополнительные нитевые слои: полипропиленовый или поливинилспиртовой.
При этом устройство закрытого типа с запахивающимися краями или клапаном.
При этом устройство выполнено многосекционным, при этом модули соединены лентами для их фиксации обжимными скобами.
При этом устройство выполнено в сетчатом ячеечном контейнере.
Сущность полезной модели поясняется схемами
На фиг.1 показан общий вид односекционного устройства.
На фиг.2 показан общий вид многосекционного устройства.
На фиг.3 показан общий вид односекционного устройства в сетчатом ячеечном контейнере.
На фиг.4 показан общий вид односекционного устройства закрытого типа.
На фиг.5 показан общий вид многосекционного устройства закрытого типа.
Где 1 - днище, 2 - боковые стенки; 3 - насыпной материал; А и В - ширина и длина устройства; С - высота устройства; а - размер ячейки; b - вылет днища; 4 - клапан; 5 - лента.
Раскрытие полезной модели
Геооболочка по международной классификации относится к геосинтетическим материалам (GSY), классу водопроницаемых, группе геотекстили (GTX), виду геоячейки (GCE); по классификации ГОСТ Р 55028-2012 и ОДМ 218.5.005-2010 [5] относятся к типу геотекстиль (ГТ), классу геотекстиль тканый (ГТ-ТК), виду геооболочки тканые (ГОБ-ГТ-ТК).
Геооболочка для объемного армирования грунтовых оснований или сооружений, состоящая из, по меньшей мере, двух слоев, образованных переплетением между собой продольно ориентированного и поперечно ориентированного нитевых слоев, при этом диаметр используемых нитей 0,2-1,0 мм.
При этом один из нитевых слоев выполнен из полиэфирного волокна, другой нитевой слой выполнен из полиамидного волокна, при этом материал содержит дополнительный нитевой слой из хлопкового волокна, переплетающийся с нитевыми слоями полиэфирного и полиамидного волокон и выполненный с полихлорвиниловым покрытием.
Устройство представляет собой пространственную ячеистую односекционную конструкцию открытого типа, выполненную с возможностью заполнения ее насыпным материалом, в качестве которого может выступать песок, щебень, ПГС и т.д.
Устройство выполнено из геотекстиля с возможностью сшивания геополос между собой в перпендикулярной плоскости относительно плоскости основания с длиной стежка 4-8 мм и с возможностью сшивания геополос с гибким основанием-днищем, которое предотвращает перемешивание материала засыпки с нижележащим грунтом.
При этом в начале и в конце каждой строчки выполнен закреп, длина которого 30-40 мм.
При этом вылет днища - 0,3 м.
При этом прочность сшивного соединения составляет не менее 60% от прочности применяемого для изготовления устройства геотекстиля.
При этом ячейки имеют размер по высоте от 300 мм до 1500 мм.
При этом выполнены дополнительные нитевые слои: полипропиленовый или поливинилспиртовой.
При этом устройство закрытого типа с запахивающимися краями или клапаном.
При этом устройство выполнено многосекционным, при этом модули соединены лентами для их фиксации обжимными скобами.
При этом устройство выполнено в сетчатом ячеечном контейнере.
Многосекционная геооболочка предназначена для объемного армирования грунтовых оснований или сооружений с целью образования композитного слоя (инертный материал+геооболочка), обладающего улучшенными по отношению к заполнителю эксплуатационными свойствами. Композитный слой обладает повышенными эксплуатационными характеристиками.
Таблица1 - Общая характеристика геотекстильных материалов (по ОДМ 218.5.003-2010).
Показатели
Сырье
Полиэфир PL
ПолиамидРА
Полипропилен PP
ПоливинлспиртовыеPVA
Водостойкость
Хорошая
Снижение прочности до 30% при увлажнении
Хорошая
Хорошая
Биостойкость
Хорошая
Хорошая
Хорошая
Хорошая
Стойкость к действию кислотных и щелочных сред, возможных в условиях эксплуатации концентраций
Снижение прочности в щелочной среде с рН≥9
Дополнительное снижение прочности при рН среды менее 5,5
Хорошая
Хорошая
Светостойкость
Хорошая
Плохая
Плохая
Хорошая
Механические свойства волокон
Хорошие
Хорошие
Низкая длительная прочность
Хорошая
Устройство, выполненное из геотекстильных материалов, приведенных в Таблице 1, соответствует следующим рекомендациям:
возможность эксплуатации геооболочек в температурном диапазоне от минус 60°С до плюс 60°С;
ткань геооболочек соответствует рекомендациям по показателям свойств, характеризующих стойкость к агрессивным воздействиям (погодно-климатическим и технологическим).
Осуществление заявленной полезной модели
Вначале производится растяжка и закрепление подготовленной геооболочки для объемного армирования грунтовых оснований или сооружений путем накалывания лент на штыри монтажной рамы каркаса. Благодаря растягиванию геооболочки на монтажной раме, пустая мягкая геооболочка держит свою форму.
Затем производится засыпка емкостей геооболочки. Заполнение геооболочки в зависимости от выполняемой задачи производится песком, щебнем, ПГС и т.д. Возможна обработка грунта цементом, активными золами уноса и т.д.
3
3
Геооболочку в зависимости от ее объема до 1,2 мвозможно засыпать грунтом на карьере и потом доставлять грузовым транспортом на строительную площадку. Также возможна засыпка в непосредственной близости от места монтажа и подвоз к месту установки, погрузчиком. Геооболочку объемом более 1,2 м заполняют непосредственно в месте установки. После заполнения геооболочки грунтом, технологический каркас демонтируется. Для удаления технологического каркаса может использоваться грузоподъемная техника.
Затем, с помощью лент, соединенных неразъемно со стенками геоболочки, производится увязка двух смежных геооболочек.
При использовании геооболочки в качестве основания под дорогу, поверх заполненной геооболочки, производят отсыпку слоя не менее 10 см и утрамбовывают механическим способом. Утрамбованная поверхность над геооболочкой обеспечивает работу, стоянку, движение тяжелого пневмоколесного и гусеничного транспорта, вездеходной, строительной и специальной техники.
Геооболочка может укладываться ярусами и рядами. С применением геоболочки возможно строительство гидротехнических сооружений, основания земляного полотна дорог, проездов, подъездов, площадок и любой другой площади в зависимости от конкретных проектных решений.
После заполнения и трамбовки получается так называемая «грунтовая плита», армирующие элементы которой гибкие и в то же время прочные, обладающие высокими физико-механическими характеристиками, стойкие к воздействию негативных факторов, таких как: ультрафиолетовое излучение, значительные перепады температуры, химическая и биологическая агрессивность почв.
Таким образом, проведенный анализ и испытание опытного образца подтверждают достижение поставленного технического результата заявленной полезной модели: высокие эксплуатационные и физико-механические характеристики.
Предложенная к патентованию полезная модель обладает критерием «новизна», поскольку вся совокупность признаков формулы неизвестна из предшествующего уровня техники, приведенной в соответствующем разделе описания.
А также является промышленно применимой, поскольку испытания образца подтвердили возможность использования полезной модели в устройстве раскладном для тепловой обработки пищи.