Сетчатая панель для защитной противооползневой конструкции

Заявляемое в качестве полезной модели техническое решение сетчатой панели относится к области строительной техники и может быть использовано при укреплении горных склонов для защиты от оползней и снежных лавин.
Известны защитные покровные сетчатые конструкции по патенту России на полезную модель №116514 от 26.05.2011 г., МПК: E02D 17/20, опубликованному 27.05.2012 г., которые содержат навесные сетчатые полотна, сплетенные из коррозионностойких стальных проволок, навешанных на несущие анкера, расположенных за верхней бровкой откоса, причем комбинированное гибкое покрытие состоит из двух видов стальных сеток: сетчатых полотен двойного кручения и поверх них навешиваются полотна кольчужных сеток, изготовленных из стальной канатной оцинкованной проволоки, выполняющие функции «стальной паутины». Соединение сетчатых полотен на откосе осуществляется канатами, анкерными скобами либо канатами с анкерными скобами, а крепление покровных сетчатых полотен к склону выполняется анкерами из стержневой арматуры или из стержневой арматуры винтового профиля. При необходимости анкера из стержневой арматуры винтового профиля могут быть удлинены за счет муфт, обеспечивающих прочность на разрыв.
Таким образом, защитные покровные сетчатые конструкции по патенту на полезную модель №116514 были разработаны для защиты от скально-обвальных явлений транспортных, гидротехнических, промышленных объектов, курортных территорий, новых и эксплуатируемых железных и автомобильных дорог и других коммуникаций преимущественно в сложных природно-климатических и геокриологических условиях, независимо от высоты и крутизны откоса.
Общие технологические особенности, роднящие данный аналог с заявляемым техническим решением, состоят в применении грунтовых анкеров для закрепления сетчатых конструкций на горных склонах, а также сетчатых полотен двойного кручения.
Главное отличие данного аналога от заявляемого решения - в аналоге применены покровные сетки, а в заявляемом техническом решении сетки оформлены в виде отдельных секций (панелей) с жесткими каркасами, в результате чего они могут монтироваться под углом к поверхности склона, а также ярусами с формированием террас, что значительно улучшает устойчивость склона, а в случае скально-обвальных явлений появляются зоны удержания обломков без их разгона и спуска вниз.
Недостатком аналога является то, что в прототипе двухслойная кольчужная сетка закрепляется за пределами закрепляемого склона и тем самым для защиты протяженных склонов требуется выполнение значительного объема монтажных работ, которые не всегда можно выполнить технически при значительных перепадах высот. Кроме того, конструкция аналога не может предотвратить падение скальных обломков и схода снежных лавин с вышележащих склонов, а лишь удерживает их на склоне и препятствует разгону. Можно также отметить, что устройство защиты по данному аналогу крайне затруднительно при наличии крупных валунов, деревьев и кустарников на склоне.
В отличие от аналога по патенту на полезную модель №116514 заявляемая сетчатая панель может устанавливаться на защищаемом склоне с возможностью соединения панелей между собой в ряд, образуя в плане прямую линию или вогнутую/выгнутую дугу, и в силу трапециевидной конфигурации панели с возможностью достижения вертикального положения плоскости ряда панелей или наклоном их относительно склона. В заявляемом техническом решении при его применении металлические сетчатые панели с жестким каркасом монтируются под углом к поверхности склона, гася при этом кинетическую энергию скатывающихся обломков скальных пород и динамическое воздействие лавинных потоков, независимо от высоты и крутизны вышележащего горного склона.
В качестве аналога также можно указать сетчатый материал для системы стабилизации склонов по патенту ЕПВ на изобретение № ЕР 2712961 (А1) от 28.09.2012 г., МПК: E01F 7/04, опубликованному 02.04.2014 г., который выполнен в виде сетки и содержит по меньшей мере, один металлический кабель, выложенный зигзагом вдоль плетения сетки, и в котором противолежащие друг другу или связанные линии точки кабеля соединены с помощью зажимов с образованием непрерывной структуры сетчатого материала с множеством ромбовидных внутренних сеток. Все внутренние сетки имеют равный размер, который определяется в зависимости от силы тягового усилия, которое должен выдержать сетчатый материал.
Конструкция аналога по патенту ЕПВ на изобретение № ЕР 2712961 (А1) аналогична конструкции вышеописанного аналога по патенту России на полезную модель №116514 и представляет собой покровную сетку, с теми же недостатками - возможность стабилизации склона с помощью его покрытия не полностью отвечает задачам укрепления оползнеопасных и лавиноопасных склонов, поскольку не защищает от падения скальных обломков и схода снежных лавин с вышележащих склонов.
В качестве наиболее близкого технического решения с жестко закрепленной рамкой (прототип) выбран сетевой противолавинный элемент с зонтоподобной структурой по заявке РСТ на изобретение № WO 97/37085 от 29.03.1996 г., МПК: E01F 7/04, опубликованному 09.10.1997 г., в который описано сетевое устройство жесткой структуры в виде стойки с скрепляющими застежками на конце стойки, причем каждая стойка может быть прямой, угловой или изогнутой. Подобие конструкции зонта достигнуто применением системы штанг, радиально расположенных, которых минимум три, и соединенных с центральной штангой. Для снижения нагрузки на места закрепления штанг, дальние концы штанг обвязываются кольцевым тросом (кабелем) и дополнительно притягиваются в точке закрепления к анкеру, причем основное крепление конструкции к анкеру обеспечивается центральной штангой. Осуществляют регулировку нагрузки на радиальные штанги за счет изменения длины кольцевого троса.
Общим признаком прототипа и заявляемого технического решения является то, что применены отдельные панели, причем по-видимому, зонтичная структура каждой такой панели преследует по идее сходную с заявляемым решением цель возможности работы каждой панели с достижением разных углов к склону. Однако в данном случае конструкция каждой стойки (панели) в виде изогнутой структуры ведет лишь к локальному эффекту задержания некоторых падающих под разными углами камней, траектория которых направлена именно к данной конкретной панели. В то время как в случае заявляемого решения посредством применения трапециевидной формы каждой панели легко смонтировать ряд таких панелей практически любой конфигурации, в зависимости от конфигурации склона и угла наклона вышележащих пластов. Это помогает при применении заявляемого решения прогнозировать возможность схода крупных фракций с верхних участков склона и предотвращать их дальнейшее движение вниз более эффективно.
Существенно отличие сложной системы панели в прототипе, с применением уязвимой при работе в реальных условиях зонтичной структуры от заявляемой панели-рамки трапециевидной формы.
Отличием от заявляемого технического решения также является то, что концы кольцевого троса в прототипе притягиваются к центральной штанге.
В сетевом противолавинном элементе-прототипе с зонтоподобной структурой за счет изменения длины двух тросов можно изменять наклон сетки, а за счет возможности проскальзывания троса под нагрузкой происходит вытягивание троса через штангу и сжимание кольца, что ведет к амортизации и распределению нагрузки, что позволяет снизить сечение элементов. При этом поскольку точка крепления одна и находится на конце штанги, то точка крепления может быть привязана к анкеру или к любой другой прочной точке, находящейся выше или ниже поверхности земли, а сетка равномерно закреплена по контуру, который задается тросом. Применены также ролики/подшипники при установке нескольких элементов, данный элемент также отсутствует в нашей конструкции.
Следует отметить, что для прочности всей конструкции все точки скрепления сетки должны быть равнопрочными, а этого в реальных условиях горных склонов технически трудно достичь. Возможно, поэтому в прототипе применены ролики/подшипники при установке нескольких элементов - это ведет к удорожанию, по сути характеризует предшествующий уровень техники и поэтому отсутствует в заявляемой конструкции.
Отличием от прототипа является то, что в заявляемом техническом решении нет радиально расположенных элементов-ребер. Также в заявляемом техническом решении нет основного крепления конструкции к анкеру с помощью центральной штанги, поэтому наше техническое решение существенно отлично от прототипа - в прототипе концы кольцевого троса притягиваются к центральной штанге, что является отличием от заявляемого технического решения, в нашей заявке применено от четырех до пяти отдельных тросов.
Основным отличием является то, что в прототипе каждый элемент зонтичного типа является автономным устройством с локальным закреплением к склону. Объединение нескольких элементов в линейную систему с их равнопрочным соединением между собой в прототипе невозможно без нарушения его рабочей функции.
Цель разработки заявляемого технического решения - расширение функциональных возможностей противооползневых панелей с достижением эффективности поглощения кинетической энергии падающих камней и снежных лавин на горном склоне при закреплении склона.
Техническая задача - создание универсальной сетчатой панели для защитной противооползневой конструкции с возможностью дальнейшего монтажа, в зависимости от компоновки панелей на склоне длинным основанием трапеции вверх или вниз, под углом к поверхности склона с образованием в плане прямой линии конструкции или вогнутой/выгнутой дуги, с вертикальным положением плоскости смонтированных панелей или наклоном их относительно склона. Перечисленные технические проблемы решаются с помощью удобных в применении, способных составлять самые разные конфигурации противооползневых конструкций сетчатых панелей.
Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что сетчатая панель для защитной противооползневой конструкции представляет собой жесткую рамку с закрепленной на ней основной сеткой и дополнительной более мелкой сеткой, причем рамка сетчатой панели представляет собой опорный стальной каркас, выполнена в виде трапеции и снабжена крепежными элементами, симметрично расположенными относительно горизонтальной и вертикальной оси панели, с целью возможности соединения панелей между собой в ряд, при этом основная сетка выполнена из пересекающихся арматурных стержней, а дополнительная сетка представляет собой мелкоячеистую проволоку двойного кручения, соединенную со слоем сетчатого геотекстиля, совместно закрепленных на натянутом на опорный стальной каркас опорном тросе, размещенном по периметру панели. При этом основная сетка может быть выполнена в виде арматурной решетки или сетки из троса с крупной ячейкой. При этом дополнительная сетка может быть выполнена гибкой и представлять собой слой геотекстиля (геосетки, георешетки) или геотекстиля в сочетании с гибкой стальной сеткой.
Исходя из описанной сущности заявляемого технического решения, можно считать заявленное решение совокупностью средств, имеющих одно и то же назначение. Причем каждое средство из этой совокупности - жесткая рамка, основная сетка в виде пересекающихся стержней арматуры или крупноячеистой сетки из троса, дополнительная сетка в виде жесткой или гибкой структуры - влияет на достижение общего технического результата, а именно повышения функциональных возможностей защиты склона от оползней с максимальным учетом конфигурации склона и вышележащих пластов. Признаки выполнения основной сетки в виде сетки из троса с крупной ячейкой и дополнительной сетки гибкой в виде слоя геотекстиля - являются частными случаями реализации соответствующих существенных признаков, выраженных обобщенными понятиями с достижением того же результата, который обеспечивается совокупностью существенных признаков, а именно размещения основной и дополнительной сеток на жесткой трапециевидной рамке
В противооползневом варианте исполнения дополнительно с целью закрепления склона пространство между закрепляемым склоном и рядами сетчатых панелей заполняется дренирующим грунтом с послойным уплотнением, образуя террасы. Количество рядов панелей и расстояние между ними определяется необходимым количеством и шириной террас. В случае применения защитной конструкции из металлических сетчатых панелей для террасирования склона в целях борьбы с эрозией почв или для выполнения рекультивации нарушенных склонов, сетчатые панели располагаются поперек склона рядами и соединяются в пределах каждого ряда между собой крепежными элементами.
Заявляемое техническое решение проиллюстрировано чертежами.
Фиг. 1, Конструкция панелей, где:
а) панель с заполнением арматурной сеткой
1 - жесткая рамка;
2 - арматурная сетка;
б) панель с заполнением двухслойной сеткой
3 - опорный трос по периметру панели;
4 - сетка из троса с крупной ячейкой;
5 - сетка из проволоки двойного кручения с мелкой ячейкой;
6 - опорный стальной каркас.
Фиг. 2, Монтаж панелей на склоне, где:
7 - панель;
8 - крепежные элементы;
9 - опорная штанга;
10 - грунтовый анкер.
Фиг. 3. Схема работы сетчатой панели.
Конструкция сетчатой панели (Фиг 1), представлена в двух вариантах исполнения: в виде жесткой рамки 1 с заполнением арматурной сеткой 2 (Фиг. 1а) и в виде опорного троса по периметру панели 3 с заполнением сеткой из троса с крупной ячейкой 4, сетки из проволоки двойного кручения с мелкой ячейкой 5 и опорного стального каркаса 6 (Фиг. 1б). Защитная конструкция из металлических сетчатых панелей на горном склоне (Фиг. 2) предназначена для поглощения кинетической энергии падающих камней и снежных лавин и содержит панели 7, объединенные в ряды поперек склона посредством крепежных элементов 8 и прикрепленные к предварительно внедренным в склон грунтовым анкерам 10, посредством опорных штанг 9.
Заявляемые сетчатые панели в рамках защитной противооползневой конструкции работают следующим образом (Фиг. 3). Для поглощения кинетической энергии падающих камней и снежных лавин на горном склоне падающие камни улавливаются сетчатыми панелями, установленными рядами поперек склона в несколько ярусов по высоте склона. Ударные нагрузки частично поглощаются упругими деформациями сетчатых элементов заполнения панелей, а оставшаяся не поглощенной часть ударной нагрузки передается через систему опорных штанг балок каркаса и тросов и воспринимается грунтовыми анкерами, внедренными в склон, к которым крепятся тросы.
По сравнению с известными, заявляемая конструкция обладает универсальностью, область применения заявляемой конструкции значительно шире, заявляемая конструкция позволяет комплексно решать вопросы инженерной защиты горных склонов.
Возможность многократного воспроизведения заявляемой конструкции проистекает из способа ее промышленной комплектации, что позволяет воспроизводить защитную конструкцию из одинаковых металлических сетчатых панелей при необходимости в разных природных условиях. Подобное сочетание универсальности, достижения возможности многократного воспроизведения с относительной простотой комплектации в прототипе не достигнуто.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критериям «новизна» и «промышленная применимость».