ОБЪЕМНАЯ ГЕОРЕШЕТКА ДЛЯ ВАРИАНТОВ ПРИМЕНЕНИЯ С УМЕРЕННЫМИ И НИЗКИМИ НАГРУЗКАМИ
GEOCELL FOR MODERATE AND LOW LOAD APPLICATIONS

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[1] Объемные георешетки (также известны, как ячеистые защитные системы) являются трехмерным геосинтетическим изделием, которое целесообразно применять для предотвращения эрозии грунта, облицовки каналов, строительства подпорных стен из армированного грунта и нанесения дорожных покрытий. Объемная георешетка впервые разработана Инженерным корпусом армии США для быстрого развертывания войск в песчаных дюнах, которые обычно не могут выдерживать нагрузки от тяжелой техники (например, грузовиков, танков и т.д.).
[2] Как описано в патенте US Patent No. 4797026, объемная георешетка, предложенная для применения в военных целях, выполнена из нескольких полос полиэтилена повышенной плотности (ПЭНД), где каждая полоса имеет толщину 1,27 мм (0,05 дюймов). Полосы свариваются друг с другом в шахматном порядке ультразвуковым сварочным аппаратом, при этом расстояние между сварными швами составляет 330 мм или больше.
[3] Конструкция объемных георешеток не претерпела значительных изменений указанных базовых характеристик за последние несколько десятилетий. Объемные георешетки изготавливают сегодня десятки производителей по всему миру. Подавляющее большинство объемных георешеток продолжают выполнять из ПЭНД, весьма небольшую часть выполняют из полипропилена (ПП). Обычно толщина полосы составляет 1,27 мм, вариации находятся в диапазоне от 1,0 мм до 1,7 мм. Стенки ячейки часто перфорируют и делают рельефными; см., например, патенты US Patent 6296924; 6395372; и 4965097; и патентную публикацию US Patent Pub. 2006/0147276. Некоторые изготовители незначительно варьируют свои ячейки или изменяя рисунок перфорации, или предлагая увеличенные ячейки (например, где расстояние между швами больше 330 мм). Вне зависимости от данных вариаций первоначальная толщина стенок ячейки, разработанная Инженерным корпусом армии США, не меняется и сохраняется всеми изготовителями в диапазоне от 1,0 мм до 1,7 мм, так что объемная георешетка имеет прочность стенки от 15000 до 23000 Н/м (ньютон на метр) соответственно.
[4] За последние несколько десятилетий разработано несколько дополнительных геотехнических вариантов применения геоячейки оригинальной конструкции, например, применение объемных георешеток для стабилизации грунтовых откосов (в основном для борьбы с эрозией), укрепления стенок, защиты каналов (в основном для борьбы с эрозией), временных дорожных покрытий или дорожных покрытий для легких условий работы. Вместе с тем конструктивное решение геоячейки не изменялось и не оптимизировалось для каждого нового варианта применения. Поскольку первоначальное конструктивное решение геоячейки не изменялось и не оптимизировалось, относительно высокая стоимость изделия, стоимость доставки и стоимость установки являются факторами, ограничивающими расширение использования объемных георешеток и расширение рынка сбыта таких изделий.
[5] Требуется создание объемных георешеток, отвечающих соответствующим требованиям строительства, таким как прочность полосы, прочность шва и достаточная вертикальная устойчивость и жесткость для сохранения работоспособности при возможных установочных повреждениях в процессе заполнения на стройплощадке, а также снижение стоимости, упрощение установки и отсутствие бесполезных отходов вследствие проектирования с запасом.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[6] Раскрыты различные варианты осуществления объемных георешеток, подходящих для вариантов применения, требующих несения умеренной нагрузки, отличающихся от вариантов применения для несения высокой нагрузки. Такие объемные георешетки можно выполнять с уменьшенной толщиной стенок. В результате стоимость данных объемных георешеток можно уменьшить без ущерба для требуемых показателей работы.
[7] Данные и другие варианты осуществления описаны более подробно ниже.
ОПИСАНИЕ ФИГУР
[8] Ниже приведено краткое описание чертежей, на которых показаны примеры вариантов осуществления, раскрытых в данном документе, которые не ограничивают данные варианты.
[9] На Фиг. 1 показана в изометрии объемная георешетка в разложенном состоянии.
[10] На Фиг. 2 показана в изометрии с увеличением полимерная полоса.
[11] На Фиг. 3 показана в изометрии одна ячейка в объемной георешетке, которая содержит заполнение.
[12] На Фиг. 4 показана в изометрии одна ячейка, содержащая заполнение и колышек или анкер.
[13] На Фиг. 5 показана блок-схема последовательности операций продажи объемных георешеток известной техники.
[14] На Фиг. 6 показана блок-схема последовательности операций оптимизации объемных георешеток настоящего изобретения и обеспечения их соответствия конкретным требованиям рынка.
[15] На Фиг. 7 схематично показано сечение обычного откоса с защитой объемной георешеткой, заполненной местным грунтом или зернистым материалом.
[16] На Фиг. 8 схематично показаны различные нагрузки, приложенные к объемной георешетке защиты откоса.
[17] На Фиг. 9 показан вид сверху объемной георешетки защиты откоса и распределение напряжений в ней.
[18] На Фиг. 10 схематично показан типичный вариант применения для крепления подпорной стены.
[19] На Фиг. 11 схематично показано сечение обычной пешеходной дорожки или велодорожки.
[20] На Фиг. 12 показано конструктивное решение дорожного покрытия, где объемная георешетка расположена в основании.
[21] На Фиг. 13 показано конструктивное решение дорожного покрытия, где объемная георешетка расположена в дополнительном слое основания.
[22] На Фиг. 14 показано конструктивное решение дорожного покрытия, где объемная георешетка расположена в грунтовом слое основания.
[23] На Фиг. 15 показана схема нагрузок и напряжений от области контакта колес с асфальтом до различных расположенных ниже слоев.
[24] На Фиг. 16 показано развертывание объемных георешеток для облицовки канала.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[25] Следующее подробное описание дано для обеспечения реализации специалистом в данной области техники вариантов осуществления изобретения, раскрытых в данном документе, и предлагает наилучшие способы для такой реализации. Различные модификации, понятные специалисту в данной области техники, следует рассматривать входящими в объем данного изобретения.
[26] Более глубокое понимание компонентов, способов и устройств, раскрытых в данном документе, можно получить из прилагаемых чертежей. На фигурах изобретение представлено схематично и упрощенно для лучшего понимания, размеры устройств или компонентов, в том числе относительные, при этом не указаны, фигуры не ограничивают объем изобретения примерами вариантов осуществления.
[27] На Фиг. 1 показана в изометрии объемная георешетка в разложенном состоянии. Объемная георешетка 10 содержит множество полимерных полос 14. Смежные полосы соединены друг с другом дискретными физическими швами 16. Соединение можно выполнять сшиванием или сваркой, но обычно его выполняют сваркой. Участок каждой полосы между двумя швами 16 образует стенку 18 индивидуальной ячейки 20. Каждая ячейка 20 имеет стенки, выполненные из двух разных полимерных полос. Полосы 14 соединены друг с другом так, что когда раздвигаются, из множества полос образуется сотовая конструкция. Например, наружная полоса 22 и внутренняя полоса 24 соединяются друг с другом сварными швами 16, которые разнесены на равные интервалы вдоль полос 22 и 24. Пара внутренних полос 24 соединяется друг с другом по швам 32. Каждый шов 32 расположен между двумя швами 16. В результате, когда множество полос 14 растягивается или раздвигается в направлении, перпендикулярном поверхностям полос, полосы изгибаются, принимая форму синусоиды, и образуют объемную георешетку 10. На краю объемной георешетки, где концы двух полимерных полос 22, 24 встречаются, выполняется концевая сварка 26 (также считается соединением) на коротком расстоянии от конца 28 для образования короткого заделанного конца 30, стабилизирующего две полимерные полосы 22, 24. Данную объемную георешетку можно также называть секцией, в частности, при соединении с другими объемными георешетками на площади, превышающей площадь, которую может перекрывать одна секция.
[28] Каждая полимерная полоса имеет длину 40, высоту 42 и толщину 44, которые измеряют в указанном направлении. Длину измеряют, когда объемная георешетка находится в сложенном или сжатом состоянии. В сжатом состоянии каждую ячейку 20 можно считать не имеющей объема, а разложенное состояние в общем является таким, где объемная георешетка растянута до максимально возможного объема. На Фиг. 2 показана в изометрии с увеличением полимерная полоса 14 с длиной 40, высотой 42, и толщиной 44, шов 16 показан для привязки.
[29] На Фиг. 3 показана в изометрии одна ячейка 20 в объемной георешетке, которая содержит заполнение. Ячейка 20 показана в состоянии, которое может возникать, когда объемная георешетка установлена на откосе (указан стрелкой A), при этом заполнение, удерживаемое в ячейке 20, укладывается по существу с горизонтальной верхней поверхностью (т.е. в плоскости, параллельной поверхности земли), а стенки 14 ячеек объемной георешетки 10 являются по существу перпендикулярными откосу A, на котором объемная георешетка расположена. Поскольку стенки 14 ячеек не становятся горизонтально вместе с заполнителем, заполнитель укладывается по существу на стенку ячейки ниже по откосу и "незаполненная область" может оставаться на стенке ячейки выше по откосу.
[30] На стенки 14 ячейки действуют силы F1 и F2. В результате наклона сила F1 (приложенная весом заполнения) и сила F2 (приложенная пустой областью смежной ячейки ниже по откосу) не сбалансированы. Сила F1 больше силы F2. Данные несбалансированные силы создают напряжение в шве 16. В дополнение, заполнение прикладывает разделяющую силу F3 к швам 16. Данная разделяющая сила создается массой заполнителя и природными силами. Например, заполнение должно расширяться (в объеме) во время влажных периодов, поскольку удерживает воду. Заполнение должно также расширяться и сокращаться, например, от повторяющихся циклов замерзания и оттаивания воды, удерживаемой в ячейке 20. Данное показывает важность прочной сварки на каждом шве 16. Следует заметить, что силы действуют на стенки ячейки и швы вне зависимости от ориентации объемной георешетки.
[31] На Фиг. 4 показана в изометрии одна ячейка 20, содержащая засыпку и колышек или анкер 36 (т.е. фиксатор, кол и т.д.). Колышек 36 прикладывает дополнительную силу F4 на стенку ячейки выше по откосу для содействия балансировке сил на стенках 14 ячейки.
Такие стержни являются хорошо известными, также как их вариации, например, J-образные крючки, T-образные крючки и т.д. Кроме заанкеривания объемной георешетки на месте установки стержни также полезны для соединения друг с другом смежных объемных георешеток.
[32] Рынок геотехнических устройств является весьма диверсифицированным, и объемные георешетки могут подвергаться высоким нагрузкам в следующих вариантах применения:
- A1: подпорные стены с крутизной 85 градусов или больше;
2
- A2: крутые откосы с крутизной больше около 65 градусов или при высоте откоса больше 6 метров и плотности колышков меньше 0,5 на квадратный метр (м); или
- A3: работающие с большой нагрузкой дорожные покрытия, железнодорожные пути и парковочные площадки, где объемная георешетка размещается в основании.
[33] Объемные георешетки могут также подвергаться умеренным нагрузкам в следующих вариантах применения:
- B1: армированные подпорные стены, имеющие крутизну меньше 85 градусов, вне зависимости от высоты;
- B2: откосы, в которых плотность колышков равна или больше 0,65 на квадратный метр или крутизна меньше 30 градусов;
- B3: облицовка каналов, в которых плотность колышков равна или больше 0,65 на квадратный метр или расход воды меньше 10 м/с;
- B4: работающие при умеренных и низких нагрузках дорожные покрытия и парковочные площадки, где объемная георешетка размещается в основании, дополнительном слое основания или грунтовом основании, а также работающие с большой нагрузкой дорожные покрытия, железнодорожные пути и парковочные площадки, где объемная георешетка размещается ниже основания в дополнительном слое основания и/или в грунтовом основании для армирования слабого местного грунта или низкокачественной отсыпки.
- B5: армированные подпорные стены с крутизной от 60 до 85 градусов;
- B6: работающие при умеренных и низких нагрузках дорожные покрытия, железнодорожные пути и парковочные площадки где объемные георешетки размещаются в основании или в дополнительном слое основания или грунтовом основании;
- B7: пешеходные дорожки;
- B8: велодорожки;
- B9: защита корней деревьев;
- B10: покрытие кровли в виде газона;
- B11: защита водонепроницаемой облицовки;
- B12: дамбы и водоспуски против наводнений и переполнения;
- B13: барьеры для остановки эрозии почвы; и
- B14: террасы для намыва грунта.
[34] На сегодня объемные георешетки, предлагаемые на рынке, не "изготавливаются по спецификациям, соответствующим требованиям рынка", но являются "универсальными". Большинство из них изготавливают из полиэтилена повышенной плотности (ПЭНД) или полипропилена (ПП), за исключением некоторых объемных георешеток из новых сплавов, например, раскрытых в патенте US Patent No. 8025457. ПЭНД и ПП не подходят для несения нагрузок в слое основания работающих с большой нагрузкой дорожных покрытий, железнодорожных путей и парковочных площадок, но, с другой стороны, являются излишне прочными для вариантов применения с умеренными или низкими нагрузками. Данная чрезмерная прочность обычных объемных георешеток делает их чрезмерно дорогими и сложными для установки в вариантах применения с умеренными или низкими нагрузками.
[35] Несмотря на множество строительных преимуществ объемных георешеток перед другими геосинтетическими материалами в армировании и стабилизации грунта их проникновение на рынок армирования и стабилизации грунта является минимально экономически оправданным. Две главные причины для слабого проникновения на указанный рынок следующие:
- высокая цена - в особенности относительно решений с другими геосинтетическими материалами, например сетками для армирования грунта и геотекстилем; и
- трудоемкость установки, которая в некоторых случаях стоит больше самой объемной георешетки (на единицу площади при раскладывании). Стоимость трудозатрат коррелирует с толщиной стенки объемной георешетки. Чем толще стенка, тем сложнее и дороже установка. Данное соотношение становится больше в условиях холодного климата и крутых откосов.
[36] В результате сегодня только небольшая часть потенциального рынка для объемных георешеток освоена вследствие стоимости производства, стоимости доставки и стоимости установки. Важно упомянуть, что стоимость производства является пропорциональной весу изделия на единицу площади в разложенном состоянии, и стоимость доставки на единицу площади в разложенном состоянии уменьшается с уменьшением толщины стенки. Установка объемных георешеток является сложным процессом подачи объемной георешетки (георешеток) на поддонах на рабочую площадку, раскладывания каждой объемной георешетки, соединения со смежными объемными георешетками, установки колышков для крепления объемной георешетки в разложенном состоянии и заполнения. В общем, чем толще стенка объемной георешетки, тем дороже стоит в итоге изделие, тем выше стоимость доставки и дороже установка на единицу площади в разложенном состоянии.
[37] Настоящее изобретение, таким образом, относится к объемным георешеткам, специально приспособленным к сегментам рынка, в которых нецелесообразно применение технических решений с сегодняшними объемными георешетками вследствие дисбаланса между их стоимостью и требуемыми показателями работы. В общем, оптимизация толщины стенки, типа полимера и диаметра и высоты ячейки обеспечивает соответствие прочности полосы в объемной георешетке уровню, достаточному для данного варианта применения (достаточный уровень означает вычисленную величину, умноженную на обычно применяемые коэффициенты безопасности или понижения), и в результате выполнения объемной георешетки более экономичной и простой в установке.
[38] Здесь следует заметить, что в вариантах применения объемных георешеток, таких как подпорные стены, защита откосов и защита каналов, шов (где смежные полосы соединяются друг с другом) является самым слабым местом конструкции объемной георешетки. Поскольку прочность шва на разрыв объемных георешеток известной техники частично коррелирует с прочностью полосы, объемные георешетки известной техники могут разрушаться на швах при нагрузках, составляющих 50-80% предела прочности полосы. Практический аспект состоит в том, что дополнительная прочность стенки ячейки не используется, и система выходит из строя в самом слабом месте. Данное решение не оправдано экономически, поскольку показатели работы объемной георешетки в целом как инженерной системы определяются самым слабым местом решетки. Иначе говоря, увеличенная прочность полосы является невостребованной. Напротив, объемные георешетки настоящего изобретения демонстрируют улучшенную сбалансированность между прочностью шва и прочностью полосы, у них отношение стоимости к эффективности лучше, чем у объемных георешеток известной техники.
[39] Некоторые изготовители, например Hyson Cell of South Africa, предлагают конструкции под маркой "объемные георешетки" с весьма тонкими стенками толщиной 0,2 мм. Вместе с тем данные конструкции являются слишком деликатными для работ на стройплощадке, подвержены складыванию во время заполнения (повреждению при установке) и не имеют достаточной прочности для долгосрочных вариантов применения (требующих надлежащего запаса для безопасности).
[40] Некоторые другие изготовители выполняют объемные георешетки из нетканого материала. Цена (на единицу веса) данных объемных георешеток не лучше, чем у экструдированного полимера. Такие объемные георешетки также являются недостаточно жесткими для предотвращения складывания стенок в процессе заполнения. Кроме того, когда применяют полиэфирную нить, объемная георешетка обычно гидролизуется при использовании с бетоном, известью и щелочными заполняющими материалами.
[41] Большинство объемных георешеток изготавливают фирмы, имеющие опыт экструзии пластиковых листов, но имеющие недостаточные знания в геотехническом строительстве. Данные изготовители обычно указывают в своих рекламных материалах различные технические и физические параметры экструзионного оборудования, включающие в себя, среди прочего, возможность получения полос толщиной от около 0,5 мм до 1,8 мм. Вместе с тем данные диапазоны относятся к самому экструдированному пластику. Серийные изделия в виде объемных георешеток с такой малой толщиной стенок не разрабатываются и не продаются.
[42] В некоторых научных исследованиях изучены объемные георешетки с толщиной стенки ячейки около 0,2 мм. Данные исследования не имеют прикладного значения, не предлагают коммерчески приемлемого изделия и способов его изготовления.
[43] Существует необходимость хорошо сбалансированного изделия в виде объемной георешетки с удовлетворительными механическими и физическими свойствами, при этом имеющего значительно (1) сниженную стоимость на единицу площади в разложенном состоянии, (2) более простого и дешевого в установке и (3) более дешевого в доставке, чем имеющиеся в настоящее время объемные георешетки с толщиной стенок 1,0-1,7 мм известной техники.
[44] На Фиг. 5 показана блок-схема способа продажи объемной георешетки известной техники. Толщина стенок объемной георешетки является заданной, и предложенное потенциальному покупателю изделие в виде объемной георешетки либо принимается, либо отвергается. В большинстве проектов общая стоимость объемной георешетки (стоимость производства, стоимость доставки и стоимость установки) превышает уровень платежеспособного спроса на рынке вследствие наличия других предложений меньшей стоимости.
[45] На Фиг. 6 показана блок-схема способа оптимизации объемных георешеток настоящего изобретения для соответствия конкретным требованиям рынка. Конкретную геотехническую ситуацию для данного проекта анализируют перед изготовлением изделия. Учитывают такие факторы, как уровень и распределение нагрузки, проектный срок службы, температуры на площадке работ, дренаж, тип заполнителя и стоимость рабочей силы. Важно отметить, что заполнитель имеет решающее воздействие на распределение нагрузки. Например, бетон в некоторых случаях используют как заполнитель в каналах. Бетон может нести самую большую часть требуемой нагрузки, и, следовательно, допустима пониженная прочность стенок ячеек. С другой стороны, менее прочный заполнитель в виде песка и местного грунта, в особенности под воздействием значительных деформаций, не может нести высокие нагрузки. В результате объемные георешетки могут требовать увеличения толщины стенки ячейки, и в некоторых случаях требуется применение более высокотехнологичных полимеров, таких как полиамид, полиэстер или их сплавы, вместо ПЭНД.
[46] Когда объемная георешетка разработана, стоимость изделия объемной георешетки (обычно в долларах на единицу площади в разложенном состоянии) и стоимость установки вычисляют и сравнивают с требуемой для конкретного варианта применения. Если требования удовлетворены, решение можно предложить покупателю с высокой вероятностью, что его посчитают приемлемым. Если требования конкретного варианта применения не удовлетворены, объемную георешетку дорабатывают до удовлетворения технических требований.
[47] Упомянутую в данном документе "прочность стенки объемной георешетки" вычисляют согласно следующей процедуре. Полосу длиной по меньшей мере 100 мм вырезают из стенки объемной георешетки предпочтительно из области, смежной со швом. Полосу испытывают на предельную нагрузку до текучести или на предельную нагрузку до разрыва в зависимости от того, что происходит первым. Полосу испытывают в направлении, перпендикулярном шву. Скорость относительной деформации адаптируют так, что отношение между скоростью деформации (мм/мин) и расстоянием между фиксаторами в мм, когда испытание начинается, составляет 150:100, или, другими словами, скорость относительной деформации составляет 150%/мин. Измеренная нагрузка при наступлении текучести или разрыве в ньютонах (Н) делится на ширину полосы (соответствует высоте стенки ячейки) в метрах. Результатом является фактически имеющаяся прочность стенки объемной георешетки в Н/м.
[48] Когда объемную георешетку раскладывают и заполняют, геометрия каждой ячейки фиксируется. Когда напряжения и нагрузки прикладываются к объемной георешетке, стенка ячейки работает на растяжение, а швы работают на разрыв. Измерение сопротивления разрыву проводится согласно ISO 13426-1 (способ C). Термин "прочность шва на разрыв" используют в данном документе для обозначения нагрузки, которая обуславливает разрушение шва согласно ISO 13426-1 (способ C), приведенной к Н/м.
[49] Согласно настоящему изобретению можно создавать объемную георешетку с прочностью стенки ячейки, измеренной при 23°C, составляющей по меньшей мере 3500 Н/м и максимально 15000 Н/м. В настоящем изобретении можно также создавать объемную георешетку с прочностью стенки ячейки, измеренной при 23°С, составляющей по меньшей мере 3500 Н/м и максимально 9000 Н/м.
[50] В некоторых вариантах осуществления объемную георешетку c прочностью стенки, измеренной при 23°С, по меньшей мере 3500 Н/м и максимально 9000 Н/м, целесообразно применять для: (1) облицовки канала, где расход воды средний или низкий (меньше около 6 м/с) и где плотность колышков составляет по меньшей мере 1 на квадратный метр; (2) для армирования грунтового основания дорожных покрытий, железнодорожных путей и парковочных площадок; (3) для защиты корней деревьев; (4) для пешеходных дорожек и велодорожек; (5) для откосов умеренной крутизны и/или коротких откосов; (6) частных автостоянок; (7) покрытия кровли в виде газона; (8) защиты водонепроницаемой облицовки прудов, резервуаров и полигонов захоронения отходов; (9) дамб и водоспусков против наводнений и переполнения; (10) барьеров для остановки эрозии почвы; и (11) террас для регулирования намыва грунта.
[51] Согласно настоящему изобретению можно создавать объемную георешетку с прочностью стенки ячейки, измеренной при 23°С, по меньшей мере 7500 Н/м и максимально 15000 Н/м. Такую объемную георешетку целесообразно применять для (1) армирования некоторых оснований, дополнительных слоев основания и грунтовых оснований дорожных покрытий, парковочных площадок и железнодорожных путей; (2) для откосов средней и большой крутизны, где колышки применяют с плотностью больше 0,65 на квадратный метр; (3) для подпорных стен крутизной до 85°; и (4) для облицовки каналов, где расход воды средний или высокий (в диапазоне 6-12 м/с) и где плотность колышков составляет по меньшей мере 0,65 на квадратный метр.
[52] Согласно настоящему изобретению также создана объемная георешетка с толщиной стенок (измеренную согласно ASTM D5199) 0,25-0,95 мм. В данном диапазоне толщины стенок, когда объемная георешетка выполнена из ПЭНД, ПП или сплавов данных полимеров с другими полимерами, такими как полиамид или полиэстер, обеспечивается достаточная прочность для вариантов применения с умеренной или низкой нагрузкой.
[53] Объемные георешетки с прочностью стенки, измеренной при 23°С, по меньшей мере 3500 Н/м и максимально 15000 Н/м не подходят для оснований, работающих с большой нагрузкой дорожных покрытий; для подпорных стен, имеющих угол наклона больше 85°; каналов, где расход больше 12 м/с и плотность колышков равна или меньше 0,65 на квадратный метр; или для откосов с крутизной больше 55°, где длина откоса больше 25 метров и колышки установлены с плотностью 0,65 на квадратный метр или меньше. Такие объемные георешетки следует использовать только в вариантах применения с низкими или умеренными нагрузками.
[54] Полимерные объемные георешетки с толщиной стенки ячейки меньше 0,25 мм не имеют достаточной стойкости к складыванию стенок ячеек во время заполнения (повреждению при установке).
[55] Объемные георешетки с тонкими стенками, выполненные из тканых или нетканых материалов в общем могут складываться во время заполнения (повреждаться при установке). Когда волокна выполнены из полиэстера, такие материалы также могут гидролизоваться при контакте с щелочной почвой или заполнителем (слабая химическая стойкость).
[56] Объемные георешетки настоящего изобретения даже при толщине стенок ячеек 0,25 мм являются достаточно жесткими для обеспечения заполнения без складывания (т.е. являются стойкими к повреждениям при установке) и, предпочтительно когда толщина стенок от 0,35 мм до 0,8 мм, имеют весьма высокую стойкость к повреждениям при установке и показатели работы, удовлетворяющие требования конкретных вариантов применения. Предпочтительными полимерами для выполнения объемных георешеток согласно настоящему изобретению являются полиэтилен повышенной плотности (ПЭНД), полипропилен (ПП) и их сплавы с полиамидом или полиэстером.
[57] Согласно настоящему изобретению также создана объемная георешетка, имеющая толщину стенок (измеренную согласно ASTM D5199) 0,25-0,75 мм. В данном диапазоне толщины стенок, когда объемная георешетка выполнена из ПЭНД, ПП или их сплавов с полиамидом или полиэстером, прочность стенки является достаточной для вариантов применения с умеренной нагрузкой или низкой нагрузкой. Примеры таких вариантов применения включают в себя: некоторое армирование грунтового основания дорожного покрытия; пешеходных дорожек; велодорожек; откосов крутизной меньше 45° или откосов, где плотность колышков больше 1,0 на квадратный метр; защиты корней деревьев; каналов с малыми расходами воды в диапазоне меньше 6 м/с; покрытия кровли в виде газона; и защиты облицовки в резервуарах, прудах или полигонах захоронения отходов; дамб и барьеров; террас; и стен с крутизной меньше 80° и высотой меньше 10 метров.
[58] Согласно настоящему изобретению также создана объемная георешетка с толщиной стенок (измеренной согласно ASTM D5199) 0,25-0,55 мм. В данном диапазоне толщины стенок, когда объемная георешетка выполнена из ПЭНД, ПП или их сплавов с полиамидом или полиэстером, прочность стенки является достаточной для вариантов применения с низкой нагрузкой. Примеры таких вариантов применения с низкой нагрузкой включают в себя: некоторое армирование грунтового основания дорожного покрытия; пешеходных дорожек; велодорожек; откосов крутизной меньше 35° или откосов, где плотность колышков больше 1,0 на квадратный метр; защиты корней деревьев; каналов с низким расходом воды меньше 4 м/с; покрытия кровли в виде газона; защиты облицовки резервуаров, прудов или полигонов захоронения отходов; дамб и барьеров; террас; и стен крутизной меньше 75° и высотой меньше 6 метров.
[59] При уменьшении толщины стенок объемной георешетки ниже 0,95 мм, более предпочтительно ниже 0,85 мм и наиболее предпочтительно ниже 0,7 мм получают имеющую новизну комбинацию свойств. Первое - объемные георешетки проще устанавливать. Требуется меньше людей и усилий для раскладывания объемной георешетки и крепления ее колышками для удержания разложенной конструкции во время заполнения. Это является следствием малого веса и малого сопротивления растягиванию каждой секции объемной георешетки. Каждую секцию можно выполнить накрывающей увеличенную площадь, таким образом, может потребоваться меньше соединений между смежными секциями объемной георешетки. Снижается стоимость доставки, приходящаяся на единицу площади. Снижается стоимость производства объемной георешетки пропорционально экономии полимера на изготовление. Данная экономия является значительной относительно общей стоимости объемных георешеток известной техники и может варьироваться от 20 до 80% общей стоимости (стоимость объемной георешетки + доставка + установка).
[60] В некоторых вариантах применения, таких как борьба с эрозией, дамбы, террасы, кровли в виде газонов, защита корней, барьеры против эрозии, водонепроницаемая облицовка и каналы, уменьшение высоты ячеек таких объемных георешеток можно компенсировать за счет использования уменьшения размера ячеек (т.е. назначая расстояние между швами в неразложенном состоянии меньше 330 мм). Данная новаторская комбинация является практически невозможной в объемных георешетках известной техники вследствие сопротивления растягиванию более толстых стенок ячеек объемных георешеток. Таким образом, другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что расстояние между швами (в сжатом или в неразложенном состоянии) может составлять до 200 мм, при этом объемные георешетки можно успешно использовать даже при минусовых температурах, где объемные георешетки известной техники почти невозможно разложить. Более мелкие ячейки лучше работают для защиты от эрозии.
[61] Одним главным преимуществом объемных георешеток настоящего изобретения является их более простая и экономичная установка. Типичные выполненные из ПЭНД объемные георешетки известной техники (с толщиной стенок 1,0-1,7 мм) требуют нескольких человек для раскладывания каждой секции и требуют много колышков для удержания каждой секции объемной георешетки в разложенном состоянии. Поскольку каждая секция является тяжелой, соединение смежных секций требует много времени и труда. Поскольку сопротивление изгибу конструкции увеличивается как степенная функция с увеличением толщины стенки ячейки и сопротивление дополнительно увеличивается с понижением температуры, объемные георешетки настоящего изобретения значительно легче раскладывать, соединять и поддерживать в разложенном состоянии во время установки в сравнении с объемными георешетками известной техники.
[62] Соответственно, настоящие объемные георешетки, имеющие толщину стенок ячейки 0,25-0,95 мм, гораздо легче раскладывать, для этого хватает одного или двух человек. Число колышков, требуемых для удержания объемной георешетки в разложенном состоянии в процессе установки, составляет около 30-70% их числа, требуемого для объемных георешеток известной техники. Поскольку георешетки большей площади в разложенном состоянии помещаются на каждый поддон, меньше рейсов транспорта требуется выполнить между площадкой складирования объемных георешеток и площадкой их развертывания/установки. Подрядчикам известно, что высокая стоимость установки объемной георешетки является сдерживающим фактором для руководителей проекта, так что они обычно закладывают в расчет стоимости дополнительные затраты в 40-100% от стоимости объемной георешетки, что является препятствием для использования объемных георешеток. Объемные георешетки с более тонкими стенками настоящего изобретения минимизируют проблему. При испытании в полевых условиях число рейсов между площадкой складирования и местом установки уменьшается на 50% или больше, и стоимость установки уменьшается на 30-65%.
[63] Другой проблемой, связанной с объемными георешетками известной техники, является производство геосинтетических материалов во многих случаях далеко от площадки проекта, при этом требуется их доставка на дальние расстояния. Объемные георешетки известной техники имеют значительную стоимость в расчете на каждый поддон и каждый транспортный контейнер, что является значительной частью общей стоимости. Другое преимущество, связанное с настоящими объемными георешетками, имеющими толщину стенок 0,25-0,95 мм, состоит в том, что они значительно легче и требуют гораздо меньше объема при доставке на единицу площади в разложенном состоянии, таким образом, георешетки большей площади в разложенном состоянии можно доставить в каждом поддоне/контейнере. Результатом является экономия затрат на доставку (в долларах на единицу площади в разложенном состоянии) в 20-80%.
[64] В некоторых дополнительных вариантах осуществления объемные георешетки можно выполнять из разлагаемого полимера. Полимер считается "разлагаемым", если теряется более 50% первоначальной прочности стенки объемной георешетки после воздействия внешних условий в течение пяти лет или больше. Примерами разлагаемых полимеров являются (1) смеси ПЭНД и ПП с крахмалом и другими полисахаридами, (2) полимолочная кислота (PLA), (3) смеси PLA с полиолефинами, (3) смеси с натуральными волокнами, (4) ткани; и (5) сплавы, компаунды или смеси, содержащие такие разлагаемые полимеры.
[65] Объемные георешетки настоящего изобретения можно перфорировать. Другими словами, отверстия или проемы создаются в стенках ячеек. Перфорации обеспечивают вход материалов из одной ячейки в смежную ячейку. Например, перфорации обеспечивают проход воды через ячейки вниз по откосу. В качестве другого примера, корни растений могут прорастать через такие перфорации и служить анкерами. Альтернативно, растяжки или стержни можно также вставлять через такие перфорации. Объемные георешетки настоящего изобретения можно профилировать, создавая текстуру стенок объемной георешетки, которая содействует увеличению трения. В некоторых вариантах осуществления объемные георешетки не профилируют. Конечно, объемные георешетки можно перфорировать и профилировать если требуется.
[66] Настоящее изобретение дополнительно проиллюстрировано следующими неограничивающими рабочими примерами, понятно, что данные примеры являются только иллюстрациями и что изобретение не ограничено материалами, условиями, параметрами способа и т.п., указанными в данном документе. Все пропорции являются весовыми, если иное специально не указано.
ПРИМЕРЫ
Подготовка объемных георешеток настоящего изобретения
[67] Отличающиеся объемные георешетки согласно настоящему изобретению, разработанные для средней нагрузки, были выполнены с четырьмя различными значениями толщины стенок ячеек и из двух различных материалов: ПЭНД (TUB 121, изготовлен Inova) и ПП сополимер (SE50E изготовлен Carmel Olefines). Были измерены максимальная нагрузка на площадке текучести (прочность стенки ячейки), а также прочность шва на разрыв согласно ISO 13426-1 (способ C). Данные прочности стенки ячейки сведены в Таблицу 1A (самая высокая величина для неперфорированной, самая низкая для сильно перфорированной, испытывались при величине приложенного усилия 150%/мин при 23°С).
[68] Данные по прочности шва на разрыв сведены в Таблицу 1B. При сравнении Таблиц 1A и 1B понятно, что стенка ячейки объемной георешетки должна разрушаться по полосе, а не по шву в диапазонах прочности 2800-8000 Н/м для перфорированных объемных георешеток из ПЭНД, 4600-14500 Н/м для не перфорированных объемных георешеток из ПЭНД, 3400-10000 Н/м для перфорированных объемных георешеток из ПП и 5800-17300 Н/м для неперфорированных объемных георешеток из ПП. Таким образом, объемные георешетки настоящего изобретения отличаются от объемных георешеток известной техники, которые разрушаются по шву. Результатом является значительно более сбалансированная и точно настроенная объемная георешетка, где отношение прочность/стоимость максимизировано.
Таблица 1A
Полимер
Прочностьстенки(Н/м) -толщина стенки0,25 мм
Прочностьстенки(Н/м) -толщина стенки0,4 мм
Прочностьстенки(Н/м) -толщина стенки0,55 мм
Прочностьстенки(Н/м) -толщина стенки0,7 мм
Прочностьстенки(Н/м) -толщина стенки0,85 мм
ПЭНД
2800-4600
4500-7500
6000-10000
8000-14500
9500-16000
ПП
3400-5800
5500-9500
7500-12600
10000-17300
11500-19500
Таблица 1В
Полимер
Прочностьшва наразрыв(Н/м) -толщина стенки0,25 мм
Прочностьшва наразрыв(Н/м) -толщина стенки0,4 мм
Прочностьшва наразрыв (Н/м) -толщина стенки0,55 мм
Прочностьшва наразрыв(Н/м) -толщина стенки0,7 мм
Прочностьшва наразрыв(Н/м) -толщина стенки0,85 мм
ПЭНД
2800-4600
4500-7500
6000-10000
8000-14500
9500-14400
ПП
3400-5800
5500-9500
7500-12600
10000-17300
10400-17500
[69] Данные в Таблице 1A и Таблице 1B получены для объемных георешеток, выполненных с первичным полимером. Когда инженер по геотехнике выбирает объемную георешетку для конкретного конструктивного решения, прочность стенки объемной георешетки и прочность шва на разрыв вычисляют согласно процедуре, приведенной ниже.
[70] Вычисленные согласно геотехнической ситуации нагрузки умножают на коэффициент запаса прочности (известный также под названием понижающий коэффициент), который обычно варьируется между 1,2-2 для временных вариантов применения и 2,7-5 для долгосрочных вариантов применения. Результатом является допустимый предел прочности для конструктивного решения. Тип материала (ПЭНД или ПП) и толщину стенок затем выбирают согласно Таблице 1A и Таблице 1B для соответствия допустимому пределу прочности.
[71] Пример 1: объемная георешетка средней прочности для борьбы с эрозией откоса
[72] В варианте применения для защиты откоса используют объемную георешетку как систему борьбы с эрозией, установленную сверху откоса. На Фиг. 7 схематично показано сечение обычного откоса с защитой объемной георешеткой, заполненной местным грунтом или зернистым материалом. На Фиг. 8 схематично показаны различные нагрузки, приложенные к объемной георешетке в защите откоса. Данная фигура включает в себя линию, указывающую нулевую растягивающую силу. Высота линии из стрелок, перпендикулярная данной нулевой линии, указывает нагрузку. На Фиг. 9 показан вид сверху объемной георешетки защиты откоса и показано, как распределяются напряжения.
[73] Согласно настоящему изобретению конкретное конструктивное решение объемной георешетки оптимизируют для конкретного класса откоса по факторам, включающим в себя:
- геометрия: высота (h) и угол (α);
- свойства заполнения объемной георешетки: угол внутреннего трения (φ) и когезия (C);
- число служащих анкерами колышков;
- срок службы (который влияет на понижающий коэффициент).
[74] Вычисление растягивающих сил, приложенных к полосам объемной георешетки, и разрывающих сил на швах, обусловленных весом заполнения объемной георешетки, сравнивают со свойствами объемной георешетки, и объемную георешетку оптимизируют соответственно, учитывая такие факторы, как толщина полосы, тип полимера, степень перфорирования, высота ячейки, размер ячейки, глубина рельефа и количество стабилизатора. В Таблице 1C показано вычисление нагрузки на стенку объемной георешетки и нагрузки на шов (работа на разрыв) при типичной и общепринятой плотности колышков 1 на квадратный метр:
Таблица 1C
Высота откоса,H (м)
1 колышек на квадратный метр
Нагрузка на полосу(Н/м)
Нагрузка, отрывающаяшов (Н/м)
2
1070
1500
4
1070
1500
6
1070
1500
10
1070
1500
Размер ячейки - 356 мм и высота ячейки - 75 мм, заполнено непрочным материалом при угле откоса 30°, 1 колышек на квадратный метр.
[75] Термин "размер ячейки" при использовании в данном документе означает расстояние между швами, когда объемная георешетка находится в неразложенном состоянии (т.е. перед раскладыванием для закрытия большой площади, где ячейки получают объем).
[76] Важно обратить внимание на тот факт, что нагрузки на швы больше нагрузок на полосы (1500 против 1070). Таким образом, выбор подходящей объемной георешетки основан на прочности шва на разрыв объемной георешетки. Поскольку на откосах и стенах швы имеют более высокую нагрузку, чем полосы (см. Таблицу 1C), объемные георешетки настоящего изобретения являются лучше сбалансированными и оптимизированными, чем объемные георешетки известной техники.
[77] Из Таблицы 1C при умножении данных величин на понижающий коэффициент 3 для долгосрочных вариантов применения (т.е. 3210 и 4500) и сравнения вычисленной прочности шва на разрыв с величинами Таблицы 1B ясно, что:
- неперфорированная объемная георешетка из ПЭНД или ПП со стенками толщиной 0,25 мм обеспечивает требуемую прочность шва. Обычно вместе с тем объемные георешетки должны иметь минимальную толщину 0,3 мм для обеспечения дополнительной прочности для заполнения;
- сильно перфорированная объемная георешетка из ПЭНД со стенками толщиной 0,4 мм должна обеспечивать требуемую прочность шва;
- сильно перфорированная объемная георешетка из ПП со стенками толщиной 0,4 мм должна быть достаточной.
[78] На данном примере видно, что можно получить значительную экономию стоимости производства и транспортировки, сокращение веса, простоту установки с помощью объемных георешеток настоящего изобретения в сравнении с объемными георешетками известной техники со стенками толщиной 1 мм или больше.
[79] Пример 2: объемная георешетка средней прочности для стен
[80] В варианте применения для подпорных стен используют систему объемной георешетки для общей и локальной стабилизации крутых откосов. Слои объемных георешеток размещаются горизонтально один на другом с множеством слоев и уступами. Главными факторами, влияющими на конструктивное исполнение стенки, являются:
- геометрия: высота (h) и угол (α);
- свойства заполнения объемной георешетки: угол внутреннего трения, (φ) и удельный вес (γ);
- число служащих анкерами колышков;
- срок службы.
[81] Схема варианта применения для подпорной стены показана на Фиг. 10. Площадь, указанная как "Вес на ячейке 2", представляет второй ряд ячеек, на который действуют высокие нагрузки, которые меньше нагрузок на первый ряд ячеек, указанных как "Вес на ячейке 1, на который действуют самые высокие нагрузки. Вычисление нагрузок на полосы ячеек, работающих под самыми высокими нагрузками (в условиях самого худшего сценария), сведены в Таблицу 2
Таблица 2
Угол стены,α (°)
Высота стены,(м)
Растягивающая нагрузкана полосу (Н/м)
Разрывающая шовнагрузка (Н/м)
45,0
50 м
594
840
45,0
6 м
594
840
81
50 м
3186
4505
81
6м
3186
4505
90
3м6м
550011000
777815556
Вычисленные нагрузки на полосу и шов в объемных георешетках рядов 1 и 2 при различных углах стены и высотах (на основе размера ячейки - 445 мм и высоты ячейки - 200 мм заполненных зернистым материалом).
[82] В Таблице 2 показан важный и неочевидный аспект механизма нагрузки в стенах. Угол стены несомненно является более важным, чем высота стены. Действительно, до угла стены около 81-85° нагрузка не зависит от высоты. Стенки объемной георешетки обычно не перфорируют для предотвращения утечки заполнителя в данных вариантах применения. Поскольку вычисленная нагрузка на швы больше нагрузки на полосу, то, взяв вычисленную нагрузку из Таблицы 2 и умножив на понижающий коэффициент 3, при сравнении с Таблицей 1B можно видеть, что:
- для угла стены до 45° объемная георешетка со стенками толщиной 0,25 мм является достаточной как изготовленная из ПЭНД, так и из ПП;
- для угла стены до 81° (т.е. 4505*3=13515 Н/м) объемная георешетка со стенками толщиной 0,7 мм является достаточной для несения нагрузки;
- для угла стены больше 81° объемные георешетки согласно настоящему изобретению не являются достаточно прочными для несения нагрузки в 23334 Н/м (т.е. 7778×3).
[83] Если стена вертикальная, т.е. крутизна больше 85°, требуются более прочные объемные георешетки со стенками ячеек увеличенной толщины. Для гарантирования работы в течение срока службы только первичные полимеры следует использовать, и материалы вторичной переработки, предлагаемые некоторыми изготовителями, следует исключить.
[84] Пример 3: объемная георешетка средней прочности для пешеходных и велосипедных дорожных покрытий
[85] В варианте применения для велодорожки без твердого покрытия используют систему объемной георешетки для улучшения работы покрытия из зернистого материала, где прочность, жесткость и долговечность увеличивается под воздействием повторяющихся циклических нагрузок.
[86] Слой объемной георешетки размещается в поверхностном зернистом слое (слое основания). Учитывают следующие факторы:
- прочность грунтового основания: CBR/модуль (Ei);
- зернистые слои: толщину (hi), CBR/модуль (Ei);
- срок службы.
[87] На Фиг. 11 схематично показано сечение обычной пешеходной дорожки или велодорожки. Вычисляют растягивающие силы, приложенные к полосам объемной георешетки, и силы разрыва, действующие на швы, обусловленные эквивалентной циклической равномерной нагрузкой (колеса велосипеда) на зернистую поверхность, где обычное контактное давление колеса составляет 414 КПа (килопаскалей).
[88] Моделирование структуры дорожного покрытия и конфигурации нагрузки проводилось согласно обычной многоуровневой теории упругости с созданием вертикального напряжения в самой нагруженной ячейке и вычислением затем бокового давления и кольцевой растягивающей силы.
[89] В Таблице 3 приведены вычисленные нагрузки на стенки объемной георешетки для размера ячейки 330 мм и высоты ячейки 100 мм, заполненной зернистым материалом плюс 50 мм переполнение.
Таблица 3A
Грунтовое основаниеCBR (%)
Растягивающая нагрузкана полосы (Н/м)
Разрывающая нагрузкана швы (Н/м)
3%
2050
2900
[90] Взяв нагрузки, вычисленные в Таблице 3A, понижающий коэффициент 3 и зная, что для дорожных покрытий разрешается низкое перфорирование, сравнение с Таблицей 1B показывает, что объемные георешетки из ПЭНД с толщиной стенок 0,55 мм или объемные георешетки из ПП с толщиной стенок 0,4 мм являются достаточными для данного варианта применения. Объемные георешетки известной техники, имеющие прочность стенки больше 15000 Н/м, являются "избыточными" и, следовательно, слишком дорогими.
[91] Пример 4: объемная георешетка средней прочности для армирования основания, дополнительного слоя основания и грунтового основания в дорогах с твердым покрытием
[92] На Фиг. 12 показано конструктивное решение дорожного покрытия, где объемная георешетка размещена в основании. На Фиг. 13 показано конструктивное решение дорожного покрытия, где объемная георешетка размещена в дополнительном слое основания. На Фиг. 14 показано конструктивное решение дорожного покрытия, где объемная георешетка размещена в грунтовом основании. На Фиг. 15 показана схема нагрузок и напряжений на площади контакта колес с асфальтом и под ней в различных слоях, расположенных ниже.
[93] Вычисление растягивающих сил, приложенных к стенкам объемной георешетки, и разрывающих шов сил, обусловленных эквивалентной циклической равномерной нагрузкой на асфальтовой поверхности, проводилось согласно обычной многоуровневой теории упругости, дающей вертикальное напряжение в самой нагруженной ячейке, с последующим вычислением бокового давления и кольцевой растягивающей силы.
[94] Во всех сценариях, приведенных ниже, рассматривается ячейка размером 330 мм и высотой 125 мм, заполненная зернистым материалом.
[95] Вычисление нагрузки на стенку объемной георешетки, где объемная георешетка размещена в основании:
[96] конфигурация дорожного покрытия для транспортного потока высокой интенсивности: 100 мм асфальт, 175 мм объемная георешетка в зернистом основании, 150 мм зернистый дополнительный слой основания.
Таблица 4A
Дополнительныйслой основаниеCBR (%)
Интенсивностьтранспортногопотока
Растягивающаянагрузкана полосы (Н/м)
Разрывающая нагрузкана швы (Н/м)
10%
высокая
2850
4000
[97] Взяв вычисленные нагрузки в Таблице 4A, понижающий коэффициент 5 (вследствие высокой интенсивности транспортного потока) и зная, что для дорожных покрытий разрешено незначительное перфорирование, обратившись вновь к Таблице 1B, можно видеть, что нагрузки на полосы и швы находятся за пределами соответствующих показателей объемных георешеток настоящего изобретения. Вновь данный вариант применения имеет высокую нагрузку вместо варианта применения для низкой или умеренной нагрузки.
[98] Вместе с тем для более коротких сроков службы или для временных дорожных покрытий, где понижающий коэффициент составляет 1,5-3, объемные георешетки настоящего изобретения могут являться подходящими и иметь показатель стоимость/эффективность лучше, чем у объемных георешеток известной техники.
[99] Вычисление нагрузки на стенку объемной георешетки, размещенной в дополнительном слое основания:
[100] конфигурация дорожного покрытия для транспортного потока высокой интенсивности: 100 мм асфальт, 175 мм объемная георешетка в зернистом основании, 150 мм зернистый дополнительный слой основания.
Таблица 4B
Грунтовое основаниеCBR (%)
Интенсивностьтранспортногопотока
Растягивающаянагрузкана полосы (Н/м)
Разрывающая нагрузкана швы (Н/м)
5%
высокая
1600
2200
[101] Взяв вычисленные нагрузки в Таблице 4A, понижающий коэффициент 5 (вследствие высокой интенсивности транспортного потока) и зная, что для дорожных покрытий разрешено незначительное перфорирование, обратившись вновь к Таблице 1B, можно видеть, что:
- объемные георешетки из ПЭНД со стенками толщиной 0,7 мм или объемные георешетки из ПП со стенками толщиной 0,55 мм являются достаточными для дополнительных слоев основания временных дорог;
- объемные георешетки с более тонкими стенками согласно настоящему изобретению должны быть подходящими для дополнительных оснований временных дорожных покрытий (которым не требуется такой большой понижающий коэффициент).
[102] Вычисление нагрузки на стенку объемной георешетки, размещенной в грунтовом основании:
[103] конфигурация дорожного покрытия для транспортного потока высокой интенсивности: 100 мм асфальт, 150 мм зернистое основание, 150 мм зернистый дополнительный слой основания, 175 мм объемная георешетка в зернистом грунтовом основании.
Таблица 4C
Грунтовое основаниеCBR (%)
Интенсивностьтранспортногопотока
Растягивающаянагрузкана полосы (Н/м)
Разрывающая нагрузкана швы (Н/м)
2%
высокая
800
1100
[104] Здесь, несмотря на то что грунтовое основание слабее основания в Таблице 4A, нагрузки в грунтовом основании ниже, чем в дополнительном слое основания, поскольку основание и дополнительный слой основания распределяют главную часть нагрузки. Взяв вычисленные нагрузки в таблице 4C, понижающий коэффициент 5 (вследствие высокой интенсивности транспортного потока) и зная, что для дорожных покрытий, разрешено незначительное перфорирование, обратившись вновь к Таблице 1B, можно видеть, что объемные георешетки из ПЭНД со стенками толщиной 0,4 мм, или объемные георешетки из ПП со стенками толщиной 0,25 мм являются достаточными для дополнительных слоев основания временных дорог.
[105] Пример 5: объемная георешетка средней прочности для облицовки каналов
[106] Данный вариант применения имеет геометрию, аналогичную стабилизации откоса, но здесь объемные георешетки заполняют материалами, противодействующими эрозии, обусловленной потоком воды, проходящей по каналу. Система подвергается воздействию продольного водного потока и проходящей по откосам дождевой воды над уровнем потока. Обычно заполняющие материалы являются бетоном, гравием и щебнем. На Фиг. 16 показано развертывание объемных георешеток для облицовки канала.
[107] Основными факторами, влияющими на конструктивное решение объемной георешетки, являются:
- геометрия: высота (h), ширина русла, углы откоса (α1, α2);
- свойства заполнения объемной георешетки: угол внутреннего трения (φ) и когезия (C);
- число служащих анкерами колышков;
- скорость потока (v);
- уровень потока (y);
- срок службы.
[108] Вычисления выполняют для растягивающих сил, приложенных на полосы объемной георешетки и швы, обусловленных:
- составляющей веса заполнения объемной георешетки, направленной вниз по откосу;
- продольными тяговыми усилиями от водного потока.
[109] Вычисления проведены для трех ситуаций потока, двух откосов и двух плотностей колышков:
- размер ячейки объемной георешетки составляет 356 мм (расстояние между сварными швами), заполнена бетоном; уровень потока y=2 метра;
- высота откоса канала 3 метра, умеренная продольная кривизна.
[110] В Таблицу 5 сведены вычисленные нагрузки, обусловленные углами откоса для трех ситуаций потока. Все величины в Таблице 5 являются вычисленными силами на полосах объемной георешетки и силой разрыва шва.
Таблица 5
Угол откоса (°)
Скорость потока
Высота объемной георешетки (мм)
Растягивающая нагрузкана полосах (Н/м)
Разрывающее усилиена шве (Н/м)
Тип
(м/сек)
0,5(колышков на кв. м)
1,0(колышков на кв. м)
0,5(колышков на кв. м)
1,0(колышков на кв. м)
30°
низкий
V≤3
60
2200
1100
3100
1500
умеренный
V≤6,5
75
2500
1300
3600
1800
средний
V≤10
100
2900
1400
4000
2000
45°
низкий
V≤3
100
4600
2700
6600
3800
умеренный
V≤6,5
125
5100
3600
7200
5000
средний
v≤10
150
5500
3900
7800
5500
[111] Взяв вычисленные нагрузки в Таблице 5, понижающий коэффициент 3 и зная, что для каналов разрешено незначительное перфорирование, обратившись вновь к Таблице 1B, можно видеть, что:
- для угла откоса 30° или меньше, при расходах до 10 м/с и плотности колышков 0,5 на квадратный метр, объемная георешетка из ПЭНД с толщиной стенок 0,7 мм или объемная георешетка из ПП с толщиной стенок 0,55 мм должна являться достаточной;
- для угла откоса 30° или меньше, при расходах до 10 м/с, и плотности колышков 1 на квадратный метр, объемная георешетка из ПЭНД с толщиной стенок 0,5 мм или объемная георешетка из ПП объемная георешетка с толщиной стенок 0,4 мм должна являться достаточной;
- такие объемные георешетки могут обеспечивать экономию по сравнению с объемными георешетками известной техники с обычной толщиной стенок около 1,27 мм;
- для угла откоса 45° или больше объемные георешетки согласно настоящему изобретению подходят только для расхода меньше 3 м/с и для плотности колышков по меньшей мере 1 на кв. м.
[112] Настоящее изобретение описано со ссылкой для являющихся примерами вариантов осуществления. Очевидно, модификации и замены должны выполняться после прочтения и понимания приведенного выше подробного описания. Настоящее изобретение включает в свой объем все такие модификации и замены, входящие в объем прилагаемой формулы изобретения или его эквивалентов.