СООРУЖЕНИЕ ИЗ АРМИРОВАННОГО ГРУНТА
STRUCTURE FROM REINFORCED SOIL

Настоящее изобретение относится к сооружению из армированного грунта, а также к способу его возведения. Эта строительная технология обычно используется для возведения сооружений, таких как удерживающие стенки, опоры для мостов и т.п.
Сооружение из армированного грунта комбинирует уплотненную насыпь, лицевую стенку и упрочнения, обычно присоединенные к лицевой стенке.
Могут быть использованы различные типы упрочнения: металл (например, оцинкованная сталь), синтетика (например, на основе полиэфирных волокон) и т.п. Их размещают в почве с плотностью, которая зависит от напряжения, которое может быть приложено к сооружению, при этом давление грунта обеспечивает противодействие за счет трения между почвой и упрочнениями.
Лицевая стенка обычно выполнена из бетонных элементов заводского изготовления в виде панелей или блоков, размещенных рядом для облицовки передней поверхности сооружения.
Здесь могут быть горизонтальные ступеньки на этой передней поверхности между различными уровнями лицевой стенки, если сооружение включает в себя один или более уступов. В конкретных сооружениях лицевая стенка может быть возведена на месте путем заливки бетона или специального цемента.
Армирования, размещенные в насыпи, прикрепляются к лицевой стенке с помощью механических соединительных элементов, которые могут принимать различные формы. После того как сооружение завершено, армирования, распределенные по насыпи, передают нагрузку, которая может доходить до нескольких тонн. Следовательно, их присоединение к лицевой стенке необходимо упрочнить для обеспечения сцепления в целом.
Эти соединения между армированиями имеют риск того, что максимальная нагрузка, которую они могут выдержать, может превышаться, если грунт подвергается различному оседанию или в случае землетрясения. Кроме того, соединительные элементы имеют риски ухудшения рабочих характеристик. Они часто реагируют на коррозию, обусловленную влажностью и химическими веществами, присутствующими в грунте или которые впитались в грунт. Этот недостаток часто мешает использовать металлосодержащие элементы. Соединительные элементы иногда основаны на резинах или композитных материалах в целях их более медленной деградации. Однако в таком случае их себестоимость является выше, и трудно придавать им хорошие механические свойства, не прибегая к использованию металлических частей. Например, если армирования выполнены в виде гибких полос и прикрепляются посредством образования петли за стержнем, прикрепленным к лицевой стенке (US-A-4343571, EP-A-1114896), такой стержень подвергается изгибному напряжению, которое не является идеальным в случае синтетических материалов.
При возведении облицовочные элементы заводского изготовления имеют определенное количество мест для присоединения к армированиям. Это приводит к ограничениям общего замысла сооружения, в частности, в отношении плотности, при которой могут быть размещены армирования. Например, если элементы заводского изготовления, каждый, обеспечивают четыре точки крепления, проектировщик должен будет в этих местах предусмотреть соединение армирований, при этом выполняемое много раз или, возможно, меньшее число раз, причем количество всегда является целым числом. Если соображения по проектированию конструкций требуют, например, 2,5 пары основных армирований на элемент заводского изготовления, необходимо предусматривать значительный излишек армирований, что имеет значительное влияние на себестоимость. Эти соображения усложняют исполнение сооружения, поскольку оптимизация обычно требует плотностей армирований, которые могут варьироваться от одной точки в насыпи к другой.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение нового способа соединения между лицевой стенкой и армированиями, размещенными в насыпи, что позволяет уменьшить влияние вышеупомянутых проблем.
Таким образом, настоящее изобретение предлагает сооружение из укрепленного грунта, содержащее насыпь, лицевую стенку, размещенную вдоль передней поверхности сооружения, по меньшей мере, один основной армирующий элемент, присоединенный к лицевой стенке и продолжающийся через первую армированную зону насыпи, размещенную позади упомянутой передней поверхности, и, по меньшей мере, один вторичный армирующий элемент, отсоединенный от лицевой стенки и продолжающийся во второй армированной зоне насыпи, которая имеет с упомянутой первой армированной зоной общую часть, в которой вторичный армирующий элемент продолжается в насыпи на расстояние, по существу более короткое, чем основной армирующий элемент, относительно передней поверхности, и в которой жесткость вторичного армирующего элемента больше или равна жесткости основного армирующего элемента.
Это сооружение из укрепленного грунта имеет значительные преимущества.
В частности, конфигурация основного армирующего элемента и вторичного армирующего элемента является такой, что нагрузки передаются между основным армирующим элементом и вторичным армирующим элементом посредством материала насыпи. Таким образом, сооружение может иметь достаточную целостность при наличии небольшого смещения грунта.
Кроме того, жесткость сооружения увеличивается во второй армированной зоне (Z2), таким образом уменьшая напряжение, приложенное к соединению основного армирующего элемента к лицевой стенке.
Предпочтительно, что нагрузка, которую сооружение может выдержать, может быть увеличена без необходимости увеличения количества основных армирующих элементов, присоединенных к лицевой стенке, таким образом обеспечивая значительную экономическую выгоду.
В соответствии с другими вариантами осуществления настоящего изобретения сооружение из армированного грунта согласно настоящему изобретению может содержать следующие признаки, отдельно или в комбинации:
- основной армирующий элемент выбран из следующего списка, содержащего: синтетическую полосу, металлическую полосу, металлический стержень, полосовую металлическую сетку, листовую металлическую сетку, ступенчатую металлическую решетку, синтетическую полосу, листовую синтетическую сетку, ступенчатую синтетическую сетку, геотекстильный слой, геоячейку;
- вторичный армирующий элемент выбран из следующего списка, содержащего: синтетическую полосу, металлическую полосу, металлический стержень, полосовую металлическую сетку, ступенчатую металлическую сетку, синтетическую полосу, листовую синтетическую сетку, ступенчатую синтетическую сетку, геоячейку, геотекстильный слой;
- лицевая стенка содержит элементы заводского изготовления, в которые частично встроен основной армирующий элемент;
- элементы заводского изготовления выполнены из бетона, и основной армирующий элемент содержит гибкий синтетический армирующий элемент, имеющий, по меньшей мере, одну часть, влитую в бетон одного из элементов заводского изготовления;
- влитая часть гибкого синтетического армирующего элемента делает петлю внутри упомянутого одного из элементов заводского изготовления для того, чтобы упомянутый гибкий синтетический армирующий элемент имел два участка, выступающих в первую армированную зону насыпи;
- петля выполнена в упомянутом одном из элементов заводского изготовления для того, чтобы два участка упомянутого гибкого синтетического армирующего элемента выходили из лицевой стенки в насыпь при вертикально смещенных положениях;
- петля размещена в упомянутом одном из элементов заводского изготовления для того, чтобы два участка упомянутого гибкого синтетического армирующего элемента выходили под разными углами из лицевой стенки в насыпь, по существу, в одной и той же плоскости;
- лицевая стенка содержит панели из проволочной сетки, к которым присоединено армирование грунта в виде армирующего элемента;
- вторичный армирующий элемент размещен вдоль зигзагообразной траектории во второй армированной зоне.
Настоящее изобретение может быть использовано при ремонте существующего сооружения, но его предпочтительное применение заключается в возведении нового сооружения.
Кроме того, настоящее изобретение относится к способу для возведения сооружения из армированного грунта, содержащему этапы:
- размещения лицевой стенки вдоль передней поверхности сооружения, ограничивающей пространство, которое должно быть заполнено;
- размещения, по меньшей мере, одного основного армирующего элемента в первой армированной зоне упомянутого пространства, в котором основной армирующий элемент присоединен к лицевой стенке и продолжается через первую армированную зону;
- размещения, по меньшей мере, одного вторичного армирующего элемента, который не является постоянно присоединенным к лицевой стенке во второй армированной зоне упомянутого пространства, при этом первая и вторая зоны имеют общую часть, в которую введен вторичный армирующий элемент на расстояние, по существу более короткое, чем основной армирующий элемент относительно передней поверхности, и в которой жесткость вторичного армирующего элемента больше или равна жесткости основного армирующего элемента;
- введения насыпного материала в упомянутое пространство и уплотнения насыпного материала.
В соответствии с другими вариантами осуществления настоящего изобретения способ согласно настоящему изобретению может содержать следующие особенности, отдельно или в комбинации:
- содержание этапа определения независимо оптимальной конфигурации и плотности множества основных армирующих элементов в упомянутой первой армированной зоне и оптимальной конфигурации и плотности множества вторичных армирующих элементов в упомянутой второй армированной зоне, и
- содержание этапа присоединения, по меньшей мере, нескольких вторичных армирующих полос к лицевой стенке посредством временных прикреплений, выполненных с возможностью повреждения на этапе введения и уплотнения насыпного материала.
Далее будут описаны неограничивающие варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, где:
Фиг.1 представляет собой схематичный вид в боковом разрезе сооружения из армированного грунта согласно настоящему изобретению, при его строительстве.
Фиг.2 представляет собой местный вид в перспективе этого сооружения.
Фиг.3 представляет собой схематичный вид в перспективе облицовочного элемента, используемого в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4 и 5 представляют собой схематичные вертикальную и горизонтальную проекции облицовочного элемента, используемого в другом варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6 представляет собой вид в вертикальном разрезе согласно другому варианту осуществления сооружения в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.7 и 8 представляют собой схематичные вертикальную и горизонтальную проекции другого варианта осуществления сооружения согласно настоящему изобретению.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения сооружение из армированного грунта может содержать множество основных и вторичных армирующих элементов. Согласно настоящему изобретению, в том случае, если сооружение из армированного грунта содержит множество основных и вторичных армирующих элементов, под "жесткостью основных и вторичных армирующих элементов" подразумевается жесткость основных и вторичных армирующих элементов на единицу площади лицевой стенки. Поэтому, согласно такому варианту осуществления под характеристикой "жесткость вторичного армирующего элемента является большей или равной жесткости основного армирующего элемента" подразумевается, что k2×n2 является больше или равно k1×n1, при этом k1 и k2, соответственно, - индивидуальная жесткость основного и вторичного армирующих элементов, и n1 и n2, соответственно, - плотность основного и вторичного армирующих элементов на единицу площади лицевой стенки.
Чертежи иллюстрируют применение настоящего изобретения для возведения удерживающей стенки из армированного грунта. Уплотненная насыпь 1, в которой распределены основные армирующие элементы 2, ограничена с передней стороны сооружения лицевой стенкой 3, образуемой путем соединения элементов 4 заводского изготовления в виде панелей в варианте осуществления, показанном на фиг.1 и 2, и на задней стороне посредством грунта 5, вплотную к которому установлена удерживающая стенка.
Фиг.1 схематично изображает зону Z1 насыпи, армированную с помощью основных армирующих элементов 2.
Для обеспечения когезионной прочности удерживающей стенки основные армирующие элементы 2 присоединены к облицовочным элементам 4 и продолжаются на определенное расстояние в насыпи 1.
Вторичные армирующие элементы 6 не присоединены жестко к лицевой стенке 3, которая освобождена от необходимости их прикрепления к специальным соединителям. Эти вторичные армирования 6 продолжаются внутрь насыпи 1 на расстояние, существенно более короткое, чем основные армирующие элементы 2, в отношении передней поверхности.
Согласно настоящему изобретению жесткость вторичных армирующих элементов 6 больше или равна жесткости основных армирующих элементов 2.
Кроме того, эти вторичные армирующие элементы 6 обеспечивают армирование грунта в зоне Z2.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения вторичные армирующие элементы, все, имеют по существу одинаковую длину и размещены по существу на одинаковом расстоянии от лицевой стенки.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения сооружение может содержать, по меньшей мере, две группы вторичных армирующих элементов. Вторичные армирующие элементы каждой группы имеют по существу одинаковую длину и размещены по существу на одинаковом расстоянии от лицевой стенки. Вторичные армирующие элементы первой группы размещены на расстоянии от лицевой стенки иначе, чем вторичные армирующие элементы второй группы.
Когезионная прочность сооружения обеспечивается в результате того, что армирующие зоны Z1 и Z2 перекрываются в общей части Z'. В этой общей части Z' материал насыпи 1 имеет надлежащую жесткость, поскольку он армирован посредством обоих армирующих элементов 2 и 6.
Таким образом, сооружение может противостоять сдвиговому напряжению, возникающему в результате растягивающих нагрузок, испытываемых армированиями. Эта часть Z' естественно должна быть достаточно толстой для удержания лицевой стенки 3 надлежащим образом. На практике, толщина от одного до нескольких метров будет, в целом, достаточной. В отличие от этого, основные армирующие элементы 2 могут продолжаться значительно глубже в насыпь 1, как показано посредством фиг.1.
Таким образом, простое добавление вторичных армирующих элементов 6 в насыпь позволяет армирование грунтового сооружения в общей части (Z') второй армированной зоны (Z2) и первой армированной зоны (Z1).
Предпочтительно избегать контактов между основными армирующими элементами 2 и вторичными армирующими элементами 6 в общей части Z'. Причина состоит в том, что не надежно полагаться на силы трения между армированиями для противодействия растягивающим нагрузкам, если сложно достичь полного контроля над этими силами трения. В отличие от этого, в технологии армированного грунта достигается лучший контроль вдоль поверхности контакта между армированиями и насыпью, что означает, что на прочностные свойства армированной насыпи, подвергнутой нагрузке при сдвиге, можно полагаться.
В показанном примере основные армирующие элементы 2 могут быть синтетическими волокнистыми полосами. Они могут быть присоединены к лицевой стенке 3 различными способами. Они могут быть прикреплены к лицевой стенке с помощью обычных соединителей, например, такого типа, который описан в EP-A-1114896.
В предпочтительном варианте осуществления эти основные армирующие элементы 2 встроены во время изготовления облицовочных элементов 4. В часто встречающейся ситуации, когда элементы 4 изготовлены заводским способом из бетона, часть основных армирующих элементов 2 может быть замоноличена в литом бетоне элемента 4. Эта литая часть может, в частности, образовывать одну или более петель вокруг стальных стержней армированного бетона элементов 4, таким образом фиксируя их к лицевой стенке.
В примерной конфигурации сооружения, иллюстрированного посредством фиг.1 и 2, основные армирующие элементы 2 и вторичные армирующие элементы 6 размещены в горизонтальных плоскостях, которые накладываются с чередованием по высоте сооружения. На фиг.2 показаны только две смежные плоскости для облегчения чтения.
Вторичные армирующие элементы 6 могут представлять собой полосы из волокнистого синтетического армирующего материала, идущие по зигзагообразным траекториям в горизонтальных плоскостях позади лицевой стенки 3. В частности, они могут представлять собой армирующие полосы, маркированные в соответствии с товарным знаком "Freyssissol". Такая полоса предпочтительно имеет ширину не более 20 см.
Эти вторичные армирующие элементы 6 могут быть уложены в зигзагообразной конфигурации между двумя линиями, на которых они отгибаются обратно. Расстояние между этими двумя линиями зависит от величины армированной зоны Z1. Шаг зигзагообразного образца зависит от плотности армирования, предусмотренной расчетами при проектировании сооружений.
Кроме того, в примере согласно фиг.2 основные армирующие элементы 2 образуют гребнеобразную конфигурацию в каждой горизонтальной плоскости, в которой они лежат, при этом армирующая полоса образует петлю внутри облицовочного элемента 4 между двумя смежными зубьями гребня.
Для возведения сооружения, показанного на фиг.1 и 2, процедура может состоять в следующем:
а) размещение некоторых из облицовочных элементов 4 с возможностью последующего введения насыпного материала на определенную глубину. В известном смысле, возведение и установка облицовочных элементов могут быть проще выполнены с помощью монтажных элементов, размещенных между ними.
b) Установка вторичных армирующих элементов 6 на уже имеющейся насыпи, укладывая их в зигзагообразной конфигурации, как указано на фиг.2. Между двумя петлевыми линиями вторичных армирующих элементов 6 прикладывается небольшое напряжение, например, с использованием стержней, размещенных по этим линиям и вокруг которых загибается полоса в каждой петлевой точке.
c) Введение насыпного материала над вторичным армирующим элементом 6, который только что был установлен, до следующего уровня основных армирующих элементов 2 на задней стороне облицовочных элементов 4. Этот насыпной материал уплотняется по мере его введения.
d) Размещение на насыпи основных армирующих элементов 2, размещенных на упомянутом уровне, прикладывая к ним небольшое напряжение.
e) Введение насыпного материала над этим уровнем и постепенное уплотнение его до тех пор, пока не будет достигнут следующий заданный уровень для размещения вторичных армирующих элементов 6.
f) Повторение этапов а)-е) до тех пор, пока не будет достигнут верхний уровень насыпи.
Следует отметить, что множество изменений могут быть выполнены в отношении вышеописанного сооружения и способа его возведения.
Во-первых, основные армирующие элементы 2 могут принимать весьма разнообразные формы, как это выполняется в технологии армированных грунтов (синтетическая полоса, металлический стержень, металлическая или синтетическая решетка в виде полосы, слой и т.д., тканый или нетканый геотекстильный слой и др.), с условием, что жесткость вторичного армирующего элемента будет больше или равна жесткости основного армирующего элемента.
Аналогичным образом, могут быть использованы все виды облицовок: элементы заводского изготовления в виде панелей, блоки и т.д., металлические решетки, плантеры и др. Кроме того, вполне возможно возведение лицевой стенки 3 посредством литья на месте с использованием бетона или специальных цементов, соблюдая осторожность при соединении вторичных армирующих элементов 6 в нем.
Трехмерные конфигурации, принятые для основных армирующих полос 2 и вторичных армирующих элементов 6 внутри насыпи 1, также могут быть весьма разнообразными. Можно обеспечивать основные армирования 2 и вторичные элементы 6 в одной и той же горизонтальной плоскости (предпочтительно, избегая контакта друг с другом). Также можно обеспечивать, в общей части Z', переменное отношение между плотностью основных армирований 2 и вторичных элементов 6.
В варианте осуществления, иллюстрированном на фиг.3, облицовочный элемент 14 снабжен армирующей полосой, которая проходит по С-образной траектории 15, если смотреть в вертикальном разрезе. Полоса (не показана для иллюстрации формы траектории) является встроенной в бетон, поскольку она влита в производственную форму. Она предпочтительно проходит вокруг одного или более металлических стержней 16, используемых для армирования бетонного элемента. Концы С-образной траектории 15, на уровне задней стороны облицовочного элемента, направляют выступающие участки полосы в горизонтальных направлениях. Такие полосовые участки обеспечивают пару основных армирующих элементов, которые выходят из облицовочного элемента 14 в насыпь 1 при вертикально смещенных положениях. Эта конструкция имеет преимущество в отношении трения пластичной почвы на обеих сторонах каждого полосового участка, таким образом оптимизируя применение армирующего материала в зоне Z1.
В альтернативном варианте осуществления, иллюстрированном на фиг.4 и 5, основной армирующий элемент 26 образует петлю вокруг металлического армирующего стержня 27 бетонного облицовочного элемента 24. Его два выступающие участка 26А, 26В выходят на задней стороне облицовочного элемента 24, по существу, в одной и той же горизонтальной плоскости. Но в этой плоскости (фиг.5) их углы относительно задней поверхности элемента являются разными. При этом два полосовых участка 26А, 26В лежат на уровне насыпи благодаря сохранению угла между ними. Это наклонное размещение также имеет большое преимущество в отношении трения пластичной почвы на обеих сторонах каждого полосового участка.
Одно из значительных преимуществ предложенного сооружения состоит в том, что оно обеспечивает возможность принятия самых разных конфигураций и установочных плотностей для основных армирующих элементов 2, 9, 26 и вторичных элементов 6, поскольку передача нагрузок посредством насыпного материала, размещенного между ними, устраняет большую часть конструкционных ограничений, связанных со способом соединения между основными армированиями и лицевой стенкой. Таким образом, в пределах одной и той же конструкции можно найти области, в которых значительно изменяются относительные плотности основных армирующих элементов 26 и/или вторичных армирующих элементов 6, несмотря на то, что они оптимизированы индивидуально.
Важным преимуществом использования отсоединенных полос в качестве вторичных армирующих элементов 6 является то, что это обеспечивает очень большую возможность регулирования плотности вторичных армирований: можно изменять по желанию не только вертикальное распределение армирующих слоев и их глубину позади лицевой стенки, но также их плотность в горизонтальной плоскости (например, за счет изменения шага зигзагообразных траекторий.)
Такое регулирование не ограничивается заранее заданным размещением соединителей позади облицовочных панелей. По существу, достигается полная 3D-опримизация количества арматуры, что обеспечивает очень существенное преимущество в отношении стоимости сооружения из армированного грунта. Кроме того, полосообразные основные армирования обеспечивают надлежащий контроль фрикционных свойств при взаимодействии грунта с армированием.
В варианте осуществления, показанном на фиг.6, лицевая стенка выполнена из блоков 14 относительно небольших размеров. Эти блоки индивидуально присоединены к сооружению стабилизированного грунта посредством основных армирующих элементов 2. Такая конструкция обеспечивает индивидуальную стабильность блоков, и предотвращает смещения между смежными блоками без необходимости прочных жестких соединений между блоками. Как показано на чертеже, плотность вторичного армирующего элемента 6 в зоне Z1 может быть ниже, чем плотность основных армирующих элементов 2 в зоне Z2.
Поскольку, в этой заявке, армирующая плотность в зоне Z2 установлена в соответствии с размерами блоков 44, видно, что настоящее изобретение позволяет оптимизировать количество вторичных армирующих элементов, которые должны быть использованы, что является важным экономическим преимуществом.
Настоящее изобретение также представляет интерес в сооружениях из армированного грунта, лицевая стенка которых выполнена из деформируемых панелей, как показано на фиг.8. Такие панели 54 могут состоять из сетки сварных проволок, к которым присоединены армирования 56 грунта, непосредственно или через посредство промежуточных устройств. Обычно деформация такой проволочной сетчатой облицовки ограничивается из-за увеличения количества соединительных точек и армирований. Опять же, требование укрепления облицовки приводит к более высоким затратам на армирования, которые должны быть использованы. Эта проблема избегается посредством настоящего изобретения, поскольку оно позволяет выполнение армирования зоны Z2 посредством вторичных армирующих элементов 6 независимо от таковых лицевой соединительной зоны Z1 посредством армирований 56 грунта, используемых в качестве основных армирующих элементов.
Когда вторичный армирующий элемент 6 размещается на уровне насыпи (вышеупомянутый этап b), возможно присоединение этой армирующей полосы 2 к лицевой стенке посредством временных прикреплений, выполненных с возможностью отсоединения по мере того, как сооружение постепенно нагружается вышележащими насыпными слоями. Такие временные прикрепления, которые, если требуется, облегчают правильное размещение основных укреплений, однако не рассчитаны на передачу нагрузки на поверхности контакта лицевой стенки с насыпью после того, как сооружение завершено.
Настоящее изобретение было описано выше с помощью варианта осуществления без ограничения общей идеи изобретения.