ЭЛЕМЕНТ ОБЛИЦОВКИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КОНСТРУКЦИИ СО СТАБИЛИЗИРОВАННЫМ ГРУНТОМ
ELEMENT OF LINING FOR USE IN STRUCTURE WITH STABILISED SOIL

Настоящее изобретение относится к элементу облицовки для использования в конструкции со стабилизированным грунтом. Изобретение также относится к конструкции со стабилизированным грунтом, содержащей элемент облицовки, и способу получения стабилизированного грунта или армированного земляного сооружения. Данную строительную методику обычно используют для получения таких конструкций, как подпорные стены, опоры мостов и т.д.
Конструкция со стабилизированным грунтом объединяет уплотненную засыпку, облицовку и элементы армирования, обычно соединенные с облицовкой. Элементы армирования устанавливают в грунт с плотностью в зависимости от напряжений, которые можно передавать на конструкцию, силам давления грунта противодействует трение грунта с элементами армирования.
Изобретение, более конкретно, относится к варианту, где элементы армирования имеют форму армирования засыпки полосами из синтетического материала, например, на основе полиэфирных волокон.
Облицовку чаще всего собирают из элементов облицовки, например в форме сборных бетонных элементов, таких как плиты или блоки, соединенные для создания ограждения фасадной поверхности сооружения. На данной фасадной поверхности могут существовать горизонтальные ступени между различными уровнями облицовки, когда конструкция имеет один или несколько уступов.
Полосы армирования засыпки, устанавливаемые в засыпку, обычно прикрепляют к облицовке механическими соединительными элементами, которые могут иметь различные формы. В законченной конструкции элементы армирования, распределенные в засыпке, передают высокие нагрузки, в некоторых случаях, до нескольких тонн. Их соединение с облицовкой должно быть прочным для поддержания целостности всей конструкции.
Элемент облицовки содержит фасадную поверхность и заднюю поверхность, проходящие в продольном направлении вдоль оси X и в вертикальном направлении вдоль оси Z и корпус между фасадной и задней поверхностями.
Корпус некоторых известных элементов облицовки содержит, по меньшей мере, полую часть с отверстием на задней поверхности, в которой находится цилиндрический сердечник, связанный с корпусом и расположенный, по меньшей мере, частично в полой части для образования зоны закрепления для полос армирования засыпки.
Патентный документ US 5839855 раскрывает примеры элемента облицовки, где канал, предназначенный для размещения полос армирования засыпки, имеет форму буквы C в толще элемента облицовки.
Хотя известные элементы облицовки широко и эффективно используют, замечено, что их цилиндрические сердечники обычно ломаются при работе на изгиб под действием натяжения полос армирования засыпки. Данный вид разрушения может ограничивать действие зоны закрепления и должен учитываться при строительстве конструкций со стабилизированным грунтом, содержащих элементы облицовки.
Задачей настоящего изобретения является предложение нового элемента облицовки для использования в конструкции со стабилизированным грунтом, делающего возможным уменьшение сферы действия проблем, изложенных выше.
Изобретение, таким образом, предлагает элемент облицовки для использования в конструкции со стабилизированным грунтом, где элемент облицовки содержит фасадную поверхность и заднюю поверхность, проходящие в продольном направлении вдоль оси X и в вертикальном направлении вдоль оси Z, корпус между фасадной и задней поверхностями, причем корпус, содержащий, по меньшей мере полую часть с отверстием на задней поверхности, в которой находится цилиндрический сердечник, прочно связанный с корпусом и располагающийся, по меньшей мере, частично в полой части для образования зоны закрепления для полосы армирования засыпки, при этом цилиндрический сердечник проходит по существу параллельно по направлению оси X, и его сечение, в плоскости (Y, Z), перпендикулярной плоскости (X, Z), состоит из двух непрерывных частей, разделенных воображаемой прямой линией вдоль направления оси Z, где первая часть имеет непрерывно уменьшающийся размер вдоль направления оси Y от воображаемой прямой линии к концевой части, по существу, в направлении, противоположном задней поверхности элемента облицовки, и вторая часть имеет постоянный и/или непрерывно уменьшающийся размер от воображаемой прямой линии к концевой части в направлении к задней поверхности, и при этом:
2
1
L ≥ 1,1 × d; и
1
2
A ≥ 0,24 × d ; где:
2
L является расстоянием между концевой частью первой части и задней поверхностью, измеренным по направлению оси Y;
1
d является шириной цилиндрического сердечника, измеренной по направлению оси Х на концевой части первой части;
A является площадью сечения цилиндрического сердечника в плоскости (Y, Z).
Форма и геометрические параметры элемента облицовки делают возможным предотвращение разрушения цилиндрического сердечника при работе на изгиб, когда за него тянут полосы армирования засыпки. Изобретатели заметили, что цилиндрические сердечники элементов облицовки разрушаются при работе на срез.
При сравнении образцов, разрушенных в таких двух отличающихся режимах работы, можно заметить, что сердечники известных элементов облицовки, разрушенные при работе на изгиб, разрушались между своими двумя концевыми частями, приблизительно в середине сердечников, а сердечники элементов облицовки согласно настоящему изобретению разрушались на концевых частях, где они прочно связаны с корпусом.
Альтернативно, можно заметить, что трещины, образовавшиеся в элементах облицовки изобретения, образовывались в корпусе. Данные трещины обычно образуются в четырех направлениях, проходящих приблизительно под 45° в плоскости (X, Z), когда полосы армирования засыпки натягиваются по направлению оси Y.
Было отмечено, что энергия разрушения, рассеивающаяся в элементе облицовки согласно изобретению, значительно выше в сравнении с энергией разрушения, рассеивающейся, когда сердечники разрушаются при работе на изгиб.
Можно, таким образом, предпочтительно разрабатывать конструкции стабилизированных земляных сооружений с предложенными элементами облицовки. Согласно варианту осуществления, можно значительно уменьшить толщину элемента облицовки согласно изобретению в сравнении с известным элементом облицовки и получить аналогичное сопротивление усилию натяжения в обоих элементах облицовки.
Согласно дополнительным вариантам осуществления, которые можно применять по отдельности или в объединении:
→ вторая часть имеет непрерывно уменьшающийся размер от воображаемой прямой линии до концевой части в направлении к задней поверхности;
2
1
→ L ≥ 1,3 × d;
1
2
→ A ≥ 0,40 × d ;
2
1
→ L/L ≥ 0,5;
1
где L является наибольшим расстоянием между задней поверхностью и фасадной поверхностью, измеренным по линии, проходящей через цилиндрический сердечник вдоль направления оси Y;
→ первую часть сечения цилиндрического сердечника выбирают из следующих форм: полукруглой, полуэллиптической, полуовальной;
→ вторую часть сечения цилиндрического сердечника выбирают из следующих форм: полукруглой, полуэллиптической, полуовальной, треугольной, трапециевидной, четырехугольной, прямоугольной;
→ корпус и цилиндрический сердечник отливают вместе из одного материала; корпус и цилиндрический сердечник можно также выполнять из отличающихся материалов; цилиндрический сердечник можно также изготавливать отдельно и затем вводить в форму для отливки корпуса и выполнять цилиндрический сердечник прочно связанным с корпусом;
→ корпус выполняют из бетона;
→ площадь A сечения цилиндрического сердечника является, по существу, постоянной по направлению оси Х;
2
→ элемент облицовки имеет форму панели, и расстояние L между концевой частью первой части и задней поверхностью составляет, по меньшей мере, половину толщины элемента облицовки в форме панели.
Изобретение также относится к конструкции со стабилизированным грунтом, содержащей полосы армирования засыпки, проходящие через зону армирования засыпки, расположенную за фасадной поверхностью конструкции, и облицовку, установленную вдоль фасадной поверхности и проходящую в продольном направлении вдоль оси X' и в вертикальном направлении вдоль оси Z', причем облицовка содержит, по меньшей мере, элемент облицовки согласно настоящему изобретению и описанный в данном документе, при этом направления осей X и Z выполнены совпадающими с направлениями осей X' и Z' и полосы армирования засыпки выполнены образующими открытую петлю вокруг цилиндрического сердечника элемента облицовки, причем открытая петля продолжается с каждой стороны секцией полосы армирования засыпки, причем секции проходят, по меньшей мере, частично в засыпку.
Согласно варианту осуществления конструкции со стабилизированным грунтом поверхность полосы, образующая открытую петлю, контактирует и прижимается по существу ко всей наружной периферии сечения первой части цилиндрического сердечника и по меньшей мере к части наружной периферии сечения второй части цилиндрического сердечника. Согласно варианту осуществления, нагрузка сжатия прикладывается, по меньшей мере, частично вокруг цилиндрического сердечника. Вариант осуществления дополнительно улучшает сопротивление тянущему усилию от зоны закрепления.
Согласно предыдущему варианту осуществления поверхность полосы, образующей открытую петлю, контактирует с поверхностью, по меньшей мере 20%, как, например, по меньшей мере 50% наружной периферии сечения второй части цилиндрического связанного сердечника.
Согласно варианту осуществления две секции, продолжающие открытую петлю, выходят из облицовки через один паз. Согласно другому варианту осуществления они выходят через два различных паза. Два различных паза могут находиться в одной плоскости (X, Y) или могут располагаться в двух отдельных плоскостях (X, Y).
Изобретение также предлагает способ возведения конструкции со стабилизированным грунтом, содержащей полосы армирования засыпки, проходящей через зону армирования засыпки, расположенную за фасадной поверхностью конструкции, и облицовку, установленную вдоль фасадной поверхности и проходящую в продольном направлении вдоль оси X' и в вертикальном направлении вдоль оси Z', причем полосы армирования закрепляются к облицовке в соответствующих зонах закрепления, содержащий следующие этапы:
a) возведение, по меньшей мере, части облицовки с использованием, по меньшей мере, элемента облицовки согласно настоящему изобретению и описанного в данном документе, устанавливаемого так, что направления осей X и Z элемента облицовки совпадают с направлениями осей X' и Z';
b) установка в нужное положение, по меньшей мере, в зоне закрепления элемента облицовки этапа a) полосы армирования засыпки для образования открытой петли вокруг цилиндрического сердечника элемента облицовки и так, что открытая петля продолжается с каждой стороны секцией полосы армирования;
c) ввод материала засыпки поверх полосы армирования засыпки и его уплотнение.
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения приведены в описании ниже некоторых неограничивающих иллюстративных вариантов осуществления с прилагаемыми чертежами, на которых показано следующее:
На Фиг.1 схематично показано сечение сооружения со стабилизированным грунтом согласно изобретению в процессе строительства.
На Фиг.2 и 3 схематично показана часть сечения элемента облицовки согласно варианту осуществления настоящего изобретения, соответственно, в плоскостях (Y, Z) и (X, Y).
На Фиг.4-12a части сечения других неограничивающих вариантов осуществления изобретения схематично показаны в плоскостях (Y, Z) и на Фиг.12b, относящейся к варианту осуществления Фиг.12a, в плоскости (X, Y).
Специалистам в данной области техники понятно, что элементы на фигурах для ясности показаны упрощенно и не обязательно с соблюдением масштаба. Например, размеры некоторых элементов на Фигурах могут быть увеличены относительно других элементов для улучшения понимания вариантов осуществления настоящего изобретения. Аналогичные позиции на различных фигурах относятся к аналогичным частям.
На Фиг.1 показано применение изобретения для строительства подпорной стенки со стабилизированным грунтом или конструкции со стабилизированным грунтом перед откосом 4. Уплотненная засыпка 1, в которой распределены элементы 2 армирования, ограничена с фасадной стороны конструкции облицовкой 3, которая образована соединением сборных элементов 34 в форме панелей, и сзади грунтом, с упором в который воздвигнута стенка с конструкцией из стабилизированного грунта.
Облицовка 3 проходит в продольном направлении вдоль оси X' и в вертикальном направлении вдоль оси Z'. Облицовка 3 может быть вертикальной или наклонной.
Элементы 34 облицовки имеют фасадную поверхность 31 и заднюю поверхность 32.
Элементы армирования проходят через армированную зону 11 засыпки, расположенную за фасадной поверхностью конструкции. Зона 12, не содержащая полос армирования засыпки, может располагаться между армированной зоной 11 и откосом 4.
Элементы 2 армирования представляют собой синтетические армирующие элементы в форме гибких полос, проходящих в горизонтальных плоскостях за облицовкой 3. Они могут, в частности, являться полосами армирования засыпки на основе полиэфирных волокон, заключенных в полиэтилен.
Полосы 2 армирования прикрепляются в зонах 35 закрепления к сборным элементам 34, соединенным вместе для образования облицовки 3. Данные элементы 34, в общем, выполнены из армированного бетона. В показанном примере они имеют форму панелей. Они могут также иметь другие формы, в частности форму блоков. Согласно примеру, когда бетон такого элемента 34 укладывают, одну или несколько полос 2 армирования можно установить в форме для создания скрепления полосы с элементом. После затвердевания бетона, каждая полоса имеет две секции, выходящие из элемента и подлежащие установке в материал засыпки. Согласно другому варианту осуществления полосы армирования вводят в зоны 35 закрепления после установки элемента облицовки в процессе возведения конструкции.
Для возведения конструкции процедура может являться следующей:
a) Установка нескольких элементов 34 облицовки, обеспечивающая последующий ввод материала засыпки некоторой глубины. Известным способом сборку и установку в нужное положение элементов облицовки можно осуществлять с помощью компонентов сборки, устанавливаемых между ними. Места на элементах 4 облицовки для полос 2 выбраны так, что некоторые из них устанавливают на одном горизонтальном уровне во время сборки;
b) Укладка материала 11, 12 засыпки и постепенное уплотнение до достижения следующей проектной отметки для укладки полос 2 армирования;
c) Укладка полос 2 армирования на засыпку на данном уровне;
d) Укладка материала засыпки поверх установленных полос 2 армирования, данный материал засыпки уплотняют по ходу укладки;
e) Повторение этапов b) - d), если несколько уровней полос создают на ряд элементов 34 облицовки;
f) Повторение этапов a) - (e) до достижения отметки верха засыпки.
Когда материал засыпки укладывают и уплотняют, полосы 2 армирования, уложенные на нижнем уровне, натягиваются. Данное натяжение является результатом трения между полосами и материалом заполнения и упрочняет конструкцию. Для установления натяжения в благоприятных условиях, предпочтительно, если полосы одного уровня выходят из своих элементов облицовки, так что они должным образом выставляются на данном уровне. Также предпочтительно, если они ориентированы горизонтально при выходе из облицовки, так что они не перекручиваются в материале засыпки.
На Фиг.2 и 3 показаны части сечения элемента 34 облицовки согласно варианту осуществления настоящего изобретения, где элемент 34 облицовки содержит фасадную поверхность 31 и заднюю поверхность 32, проходящие в продольном направлении вдоль оси X и в вертикальном направлении вдоль оси Z, с корпусом между фасадной и задней поверхностями. Корпус содержит, по меньшей мере, полую часть 37 с отверстием 36 на задней поверхности 32, в которой цилиндрический сердечник 5 прочно связан с корпусом и установлен, по меньшей мере, частично в полой части 37 для образования зоны закрепления 35 для полосы армирования засыпки. Цилиндрический сердечник 35 проходит, по существу, параллельно продольному направлению оси X, и его сечение в плоскости (Y, Z), перпендикулярной плоскости (X, Z), состоит из двух непрерывных частей 51, 52, разделенных воображаемой прямой линией 53 вдоль оси Z, где первая часть 51 имеет непрерывно уменьшающийся размер по направлению оси Y от воображаемой прямой линии 53 к концевой части 54, по существу, в направлении противоположно задней поверхности 32 элемента облицовки, и вторая часть 52 имеет непрерывно уменьшающийся размер от воображаемой прямой линии 53 в направлении к концевой части 55 на задней поверхности 32.
Основные геометрические параметры варианта осуществления элемента облицовки согласно настоящему изобретению являются следующими:
1
→ L является толщиной элемента облицовки, то есть наибольшим расстоянием между фасадной поверхностью 31 и задней поверхностью 32, измеренным по линии, проходящей через цилиндрический сердечник 5 вдоль направления оси Y;
2
→ L является расстоянием между концевой частью 54 первой части 51 и задней поверхностью 32, измеренным по направлению оси Y;
3
→ L является расстоянием между концевой частью 55 второй части 52 и задней поверхностью 32, измеренным по направлению оси Y;
1
→ d является шириной цилиндрического сердечника 5, измеренной по направлению оси Х в концевой части 54 первой части 51;
2
→ d является шириной цилиндрического сердечника 5, измеренной по направлению оси Х в концевой части 55 второй части 52;
3
→ d является шириной отверстия 36, измеренной по направлению оси Х на задней поверхности 32;
1
→ L является наибольшим расстоянием полой части 37, измеренным по направлению оси Z,
2
→ L является наибольшим расстоянием цилиндрического сердечника 5, измеренным по направлению оси Z;
3
→ L является размером самой большой части отверстия 36 полой части 37, измеренным по направлению оси Z на задней поверхности 32;
→ A является площадью сечения цилиндрического сердечника 5, измеренной в плоскости (Y, Z).
Согласно вариантам осуществления, не ограниченным вариантом осуществления, показанным на Фиг.2 и 3, следующее можно распространить на другие варианты осуществления:
1
→ толщина L является постоянной вдоль направления оси Z, и общая толщина элемента облицовки может являться постоянной вдоль направления оси Y;
3
2
→ расстояние d больше или равно расстоянию d;
2
1
→ расстояние d больше или равно расстоянию d;
3
1
→ концевая часть 55 расположена внутри полой части 37, и расстояние L считается положительным, например больше или равно 10% от расстояния L;
→ линия по направлению оси Z, соответствующая наибольшему расстоянию полой части 37, представляет собой воображаемую прямую линию 53;
3
2
→ расстояние L меньше расстояния L.
Согласно настоящему изобретению:
2
1
L ≥ 1,1 × d; и
1
2
A ≥ 0,24 × d
Благодаря геометрическим признакам облицовки согласно настоящему изобретению, можно экспериментально продемонстрировать, что разрушение цилиндрического сердечника возникает предпочтительно в режиме среза от силы натяжения полосы армирования засыпки.
2
1
1
2
1
2
Сопротивление цилиндрического сердечника даже увеличивается, когда L ≥ 1,3 × d; и/или когда A ≥ 0,40 × d  и/или когда L/L ≥ 0,50.
Согласно варианту осуществления Фиг.2 и 3, цилиндрический сердечник 5 и полая часть 37 являются симметричными в плоскости, параллельной плоскости (Y, Z), проходящей через середину частей.
Первая часть 51 сечения цилиндрического сердечника является полукруглой, и вторая часть сердечника является полуовальной.
На Фиг.2 также показано, как полоса 2 армирования засыпки может устанавливаться в зоне закрепления 35 элемента 34 облицовки. Полоса 2 выполнена образующей форму открытой петли 25 вокруг цилиндрического сердечника 5; открытую петлю 25 продолжает с каждой стороны секция 26, 27, выходящая из задней поверхности 32 элемента облицовки для подходящего прохождения, по меньшей мере, частично внутри засыпки.
Согласно варианту осуществления поверхность 21 + 22 + 23 полосы 2 входит в контакт с наружной поверхностью сердечника 5, поверхность 21 прижимается, по существу, по всей наружной поверхности периферии сечения первой части 51 цилиндрического сердечника, и поверхности 22 и 23 прижимаются к части наружной поверхности периферии сечения второй части 52 цилиндрического сердечника 5. Продемонстрировано, что сопротивление цилиндрического сердечника дополнительно увеличивается благодаря данному варианту осуществления.
На Фиг.4-12 показаны различные примеры других вариантов осуществления элемента облицовки согласно настоящему изобретению.
В примере Фиг.4 сердечник 5 отклонен на угол α в отличие от сердечника 5 Фиг.2.
В примере Фиг.5 концевая часть 54, по существу, на стороне, противоположной задней поверхности 32 элемента облицовки, содержит плоскую поверхность 57, расположенную между двумя криволинейными поверхностями. В данном примере также вторая часть 52 содержит наружную поверхность 56 обратной кривизны, проходящую от воображаемой прямой линии 53 к концевой части 55.
В примере Фиг.6 периферия сечения второй части 52 образована двумя, по существу, прямыми линиями 61 и 62, соединенными вместе кривыми линиями.
В примере Фиг.7 периферия сечения второй части 52 образована, по существу, прямой линией 71, заканчивающейся на задней поверхности 32 элемента облицовки.
Концевая часть периферии сечения второй части 52 образована прямой линией 72, находящейся в плоскости задней поверхности 32 элемента облицовки.
В примере Фиг.8 периферия сечения второй части 52 образована искривленной секцией 81, за обратной кривой 82 следует, по существу, прямая линия 83 по существу параллельная оси Y. Концевая часть периферии образована прямой линией 84, находящейся в плоскости задней поверхности 32 элемента облицовки.
В примере Фиг.9 периферия сечения второй части 52 образована искривленной секцией 91, за обратной кривой 82 следует, по существу, прямая линия 93, параллельная оси Y. Согласно данному варианту осуществления сечение цилиндрического сердечника является несимметричным, и самая нижняя часть сечения является менее искривленной, чем верхняя часть. Прямая линия концевой части 55 сердечника может быть разделена на две толщины e90 и e91, где e90 соответствует расстоянию между линией, соответствующей оси Y, проходящей через середину отрезка 53 и нижней частью концевой части сечения, а e91 соответствует расстоянию между указанной линией и верхней частью концевой части сечения. При этом e90 больше e91.
В примере Фиг.10 периферия сечения второй части 52 образована прямоугольником, ограниченным двумя параллельными прямыми линиями 100, параллельными оси Y и линией 53 и концевой частью 55, находящейся в плоскости задней поверхности 32. Согласно данному варианту осуществления e3 равно e1.
В примере Фиг.11 цилиндрический сердечник 5 выступает из полой части и часть 111 выходит наружу из корпуса элемента облицовки.
В примере Фиг.12 сердечник 5 выполнен таким, что две секции полосы армирования засыпки, продолжающие открытую петлю полосы, выходят из облицовки через два различных паза 121, 122. Согласно варианту осуществления Фиг.12 два различных паза расположены в одной плоскости (X, Y). Линии 123, 124 ограничивают пространство для секций, которые могут выходить из паза 121, и линии 125, 126 ограничивают пространство для секций, которые могут выходить из паза 122.
В общем, элемент облицовки изобретения и соответствующий способ строительства сооружения со стабилизированным грунтом являются совместимыми с большим числом конфигурации конструкции, длин полос, плотностей установки полос и т.д.