Способ устройства вертикального откоса дорожной насыпи и удерживающий блок для реализации такого способа
METHOD FOR CONSTRUCTING A VERTICAL SLOPE OF A ROAD EMBANKMENT AND A RETAINING BLOCK FOR IMPLEMENTING SUCH A METHOD

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно возведению насыпей и может быть использовано при строительстве в стесненных условиях или для максимального использования отведенной под строительство территории.
При строительстве дорог в стесненных городских условиях или при ограниченном доступе к отводу земель под строительство, все чаще приходится прибегать к возведению насыпей с крутыми откосами для максимального использования отведенной территории. С этой целью применяется технология устройства вертикальных откосов. Она применяется в следующих случаях: в стесненных условиях, в городской застройке при дефиците земли (территории) для прокладки дорог с пологими откосами, на подходах к мостам и путепроводам в городской черте или за городом, в горных или предгорных районах, для минимизации выкупа земель и так далее.
Известны технические решения по возведению армированных стен из металлических сетчатых конструкций с геообоймой внутри, например:
Известен ступенчатый склонный банкинг (патент на изобретение JP2750363B2, дата приоритета от 27.07.1989 г.) подпорная стенка, изготовленная из армирующего наполнителя, которая монтируется на лицевой части, образующей поверхность, а элемент, удерживающий грунт расположен внутри стенки. Устраиваемая часть насыпи поднимается от основания вдоль поверхности подпорной стены, при этом насыпь включает в себя геотекстиль, которая укладывается внутри вертикальной стенки по всей ширине насыпи. При этом подпорная стенка из арматурной сетки образует наружную поверхность стены насыпи, а удерживающий грунт геотекстиль расположен внутри подпорной стенки.
К недостаткам такого технического решения относится неудобство монтажа и большие затраты по устройству насыпи, помимо этого при укладке каждого блока или ряда блоков, необходимо следить за ровностью ряда, в вертикальной и горизонтальной поверхности, так как ряды между собой не крепятся. Поэтому велика вероятность брака или случайной сдвижки блоков при укладке.
Известна структура обшивки (патент на изобретение JP H0953240A, дата приоритета от 11.08.1995 г.) состоящая из анкерных соединений с подпорной стенкой, удерживающих давление грунта в границах подпорной стенки. Для этого множество вертикальных элементов, вытянутых в вертикальном направлении, и множество горизонтальных элементов, вытянутых в горизонтальном направлении, соединены между собой и образуют решетчатую подпорную стенку, а грунт засыпки находится внутри подпорной стенки. Сетка, ранее изготовленная, закрепляется с помощью крючков, которые заходят в тело насыпи (подпорной стенки), а в них устанавливаются дополнительные продольные элементы для охвата всей секции по длине.
К недостаткам известного технического решения относится сложность конструкции, состоящей из множества отдельных элементов, а также монтаж самой конструкции, требующий много времени на установку и закрепление каждого элемента и высококвалифицированных рабочих. На это влияет еще то, что секции между собой крепятся тремя отдельными элементами, имеющие сложные формы. При этом, крючки и узлы соединения сетчатых блоков, выступающие за пределы стены существенно портят внешний вид конструкции и со временем приводит к коррозии этих элементов. Из-за того, что анкерные крючки длинные и загнуты вовнутрь, они существенно ухудшается устройство геообоймы внутри стенки. Помимо этого, внутри стенки закладные элементы не фиксируются, что может привести к смещению стены при монтаже и после при эксплуатации.
Известен способ озеленения лицевой поверхности (патент на изобретение JPH10102497A, дата приоритета от 30.09.1996 г.), который относится к укреплению склонов с использованием решетчатого каркасного ограждения.
Изобретение решает задачу по предотвращению деформации (сползания) небольших склонов путем их армирования с применением растительного материала. Для этого применяется искусственная почва, мешок с песком и так далее, и позволяет добиться быстрого озеленения при одновременном превращении решетчатого бетонного каркасного забора в озеленяющую структуру поверхности склона или откоса.
К недостаткам известного способа относится сложность изготовления решетчатых железобетонных блоков и их монтаж, так как требуется кран. Блоки между собой в вертикальной плоскости не крепятся, а каждая секция фиксируется на месте укладки дополнительными металлическими штырями (8 шт. на каждый блок). Помимо этого, в данной конструкции применяется бетон с армированием, что гораздо дороже и сложнее в исполнении.
Известно техническое решение, по обеспечению защитной конструкции для поверхности откоса (патент на изобретение JP H1181328A, дата приоритета от 02.09.1997 г.), которая может эффективно содержаться на ограниченной площади. Она имеет решетчатые каркасные ограждения, связанные специальными соединителями. Для закрепления в грунте применяются специальные анкерные устройства.
К недостаткам такого решения может относиться то, что секции изготавливаются из арматуры 020 мм с большими ячейками (30*30 см) поэтому тяжелые и для их монтажа требуется кран. Для соединения секций между собой нужны специально изготовленные из труб Т образные стыкователи, а для соединения с горизонтальными стержнями, уложенными в теле насыпи применяются Г образные стыкователи, при этом для фиксации на месте укладки необходимы дополнительные металлические штыри (8 шт. на каждый блок). Помимо этого, для связи с откосом применяется сложная анкерная система.
Известна защитная посадочная конструкция склона, стеновой поверхности и береговой поверхности (патент на изобретение JP3740341B2, дата приоритета от 24.12.1999 г.). Сетчатый каркасный забор, состоящий из наклонной передней части стены и горизонтальной нижней части стены, выполненной из армированной сетки. При монтаже они соединяются с поверхностью наклонной стены и в него укладывается озеленительный лист (дерн, грунт содержащий семена трав) и с внутренней стороны засыпается грунтом. После всхождения семян, наклонная поверхность стенки покрывается зеленью, что придает стенке эстетичный вид. Данный вид стенок рекомендуется устраивать в жилых зонах для второстепенных дорог.
К недостаткам известного технического решения относится то, что каждый каркас укладывается отдельно, без связи с другими, что снижает целостность и прочность конструкции, помимо этого заполнение каркасов производится без применения геообоймы, что не позволяет устраивать таким способом несущие стенки. Секции при монтаже устанавливаются с уступом, что для устройства вертикальных стен дорог нецелесообразно, так как занимает больше места.
Известна конструкция предотвращения обрушения вертикальной поверхности (патент на изобретение JP5211010 В2, дата приоритета от 15.10.2009 г.). Эта конструкция предотвращения обрушения вертикальной поверхности сконфигурирована путем размещения панелей из искусственного камня рядом друг с другом на вертикальной поверхности, соединения и крепления стальных элементов поверхности стены к панелям из искусственного камня. Панель из искусственного камня весит более 60 кг и включает в себя заднюю пластину и множество искусственных камней из твердого материала, которые цельно сформированы на задней пластине. Искусственные камни разделены решетчатыми углубленными канавками, линейно пересекающими друг друга. Стальной элемент поверхности стены выполнен из решетчатых армирующих элементов, которые расположены в форме решетки таким образом, чтобы было возможно соединение с решетчатым углубленным канавкам панелей из искусственного камня.
Недостатками такого решения является то, что конструкция имеет большой вес, что затрудняет монтаж, при этом высота и длина блока одинаковые и под действием нагрузки получается опрокидывающий момент, который приведет к выдавливанию части блока. Для того, чтобы лицевая часть, имеющая вертикальную проекцию, не деформировалась, и конструкция держалась в стене, нужны металлические раскосы. Помимо этого, верхние и нижние блоки между собой не соединены и удерживаются только за счет силы тяжести, также блоки не закреплены к грунтовому основанию, что может привести к смещению блоков при монтаже и эксплуатации.
Известен экоблок (патент на изобретение КР20100114282А, дата приоритета от 15.04.2009 г.), который предназначен для простой установки и легкой регулировки длины и интервала на участке.
Экоблок содержит клеточный блок, стержневой элемент и элемент предотвращения потери грунта засыпки. Блок ячеек содержит горизонтально сформированный опорный элемент для предотвращения опрокидывания и опорный элемент, сформированный вертикально с конца опорного элемента для предотвращения опрокидывания. Стержневой элемент установлен так, чтобы он встречался с клеточным блоком под прямым углом. Элемент для предотвращения потери грунта засыпки установлен между стержневым элементом и клеточным блоком. Пересекающиеся части стержневого элемента и клеточного блока фиксируются крестообразными крепежными элементами.
Недостатками известного экоблока является то, что каждый каркас укладывается отдельно, без связи с другими, что снижает целостность и прочность конструкции. Помимо этого, заполнение каркасов производится без применения геообоймы, взамен в лицевой часть устанавливается пластиковая сетка, что не позволяет применять данную конструкцию в несущих грунтовых стенах. Секции при монтаже не закреплены к грунтовому основанию. Также, для сборки конструкции нужны специальные крестообразные крепежные элементы, которые не обеспечивают достаточную жесткость, чтобы применять их при устройстве стен.
Известны способ и устройство для устройства подпорных стен из геосетки из грунта (патент на изобретение US4856939A, дата приоритета от 15.04.2009 г.). Изобретение относится к удержанию земляных пластов и, в частности, касается удерживающего и армирующего механизма, в котором земляной пласт армируется полимерной георешеткой, а поверхность пласта удерживается как георешеткой, так и приварным проволочным лотком, закрепленным на георешетке. В более конкретных аспектах изобретение относится к такому механизму, в котором сварные проволочные лотки имеют торцевые секции с предварительно сформованными крючками, которые служат как для закрепления георешеток на месте, так и для закрепления лотков внутри пласта в наложенном друг на друга положении.
К недостаткам изобретения относится то, что конструкция имеет сложную форму, а для создания вертикальной стенки требуется более дорогая (относительно геотекстиля) одноосная георешетка. Для предотвращения высыпания грунта через ячейки георешетки, требуется дополнительно установить сплошной экран из пластмассы. Помимо этого, отсутствует жесткая фиксация блока на месте, (она обеспечивается георешеткой), а при монтаже требует применение деревянных щитов.
Наиболее близкой к заявляемой группе изобретений является армированная земляная конструкция и способы ее формирования (патент на изобретение US5531547A, дата приоритета от 12.10.1994 г.) которая предлагает облицовку, образованную из ортогонально расположенных армирующих стержней, скрепленных вместе. Мембрана крепится к задней стороне арматурных стержней, чтобы удержать засыпку, уплотненную за облицовкой, или растительный почвогрунт, который может быть посажен на открытую поверхность облицовки для предотвращения эрозии. Горизонтальные анкерные стержни, закрепленные на облицовочных стержнях, выходят из них назад и заделываются в засыпку для стабилизации облицовки. Регулируемые анкерные стержни позволяют выборочно прикладывать натяжение к облицовке с целью выравнивания.
К недостаткам известного технического решения относится то, что расстояния между вертикальными и горизонтальными стержнями достаточно большие, что при возникновении давления со стороны грунта после засыпки приведет к их прогибу. Блоки между собой в вертикальной плоскости крепятся специальным загнутым элементом и продольным стержнем, а каждая секция фиксируется на месте укладки дополнительным металлическими штырями, что приводит к дополнительным затратам металла и усложняет конструкцию. Вышележащие блоки не имеют связи с нижележащими, то есть ряды блоков не связаны между собой по вертикали, следовательно, конструктивная прочность такой стены будет низкой.
Задачей заявляемого технического решения является создание нового способа устройства вертикального откоса дорожной насыпи на ограниченных территориях. При этом вертикальные откосы насыпи должны выдерживать высокие нагрузки - давление на конструкцию насыпи при эксплуатации участка дороги.
Техническим результатом заявляемой группы изобретений является упрощение способа устройства вертикального откоса дорожной насыпи и повышение устойчивости вертикального откоса дорожной насыпи к сдвиговым нагрузкам.
Способ устройства вертикального откоса дорожной насыпи, в соответствии с которым вертикальный откос дорожной насыпи формируют из удерживающих блоков L-образной формы изготовленных из арматуры отличающийся тем, что фиксируют удерживающие блоки в трех плоскостях следующим образом: фиксирующий загиб на конце несущих стержней удерживающих блоков забивают в грунт, соединяют рядом стоящие удерживающие блоки между собой посредством боковых загибов продольных стержней, соединяют верхние ряды с нижними посредством соединительных загибов на несущих стержнях удерживающих блоков.
Удерживающий блок L-образной формы изготовленный из арматуры, содержащий несущие и продольные стержни, отличающийся тем, что несущие стержни на своих концах имеют фиксирующие загибы и соединительные загибы, продольные стержни выполнены с боковыми загибами.
Для этого, например, фиксирующие загибы выполнены Г-образными, соединительные загибы выполнены S-образными, боковые загибы выполнены С-образными.
На Фиг. 1 представлен вертикальный откос дорожной насыпи в соответствии с заявляемым техническим решением (разрез насыпи в оси).
На Фиг. 2 представлен удерживающий блок в соответствии с заявляемым техническим решением.
На Фиг. 3 представлено соединение верхних рядов с нижними посредством S-образных соединительных загибов на несущих стержнях удерживающих блоков.
В соответствии с заявляемым способом устройства вертикального откоса дорожной насыпи, вертикальный откос дорожной насыпи формируют из удерживающих блоков L-образной формы, изготовленных из арматуры (так как показано на Фиг. 1).
При эксплуатации дорожного полотна неизбежно появляется давление на центр насыпи (ее ось) и возникают напряжения в сторону ее стенок - откосов, которые называются сдвиговыми нагрузками. Такие нагрузки приводят к нарушению целостности стенки насыпи, что является основной проблемой при устройстве дорожной насыпи с вертикальными откосами. Поэтому для удержания откосов от сползания применяются в том числе и арматурные каркасные стенки из отдельных блоков. В настоящее время при проведении работ по монтажу вертикальных откосов дорожной насыпи из арматурных каркасов, применяют сварку для соединения их между собой, а для их фиксации в конструкции насыпи применяют специальные анкеры. Помимо повышения стоимости и трудоемкости устройства такого откоса, сварочные швы нарушают целостность покрытия металлических стержней удерживающего блока и снижают коррозионную стойкость армирующего каркаса вертикальной стенки.
Для этого в соответствии с заявляемым изобретением удерживающие блоки (Фиг. 2) фиксируют в трех плоскостях.
Для этого, фиксирующий загиб 1 выполненный, например, Г-образной формы на конце несущих стержней 2 удерживающих блоков забивают в грунт, фиксируя его в грунтовом основании насыпи.
Ряд удерживающих блоков 3 (Фиг. 1) вертикального откоса дорожной насыпи получают, соединяя рядом стоящие удерживающие блоки между собой посредством боковых загибов 4 продольных стержней 5 удерживающих блоков, при этом боковые загибы 4 могут быть выполнены С-образными.
Соединяют верхние ряды удерживающих блоков вертикального откоса дорожной насыпи с нижними (как показано на Фиг. 3) посредством соединительных загибов 6 выполненных, например, S-образными, на несущих стержнях 2 удерживающих блоков.
Такой способ позволяет упростить устройство вертикального откоса дорожной насыпи так как исключает необходимость выполнения дополнительных работ и использование специальных средств. При этом специальная конструкция удерживающих блоков позволяет фиксировать их в трех плоскостях повышая устойчивость вертикального откоса дорожной насыпи к сдвиговым нагрузкам, неизбежно влияющим на конструкцию дорожной насыпи и целостность ее вертикальных откосов при эксплуатации.
Для этого, изготовленный из арматуры удерживающий блок выполненный L-образной формы (Фиг. 2), которая формирует лицевую часть откоса дорожной насыпи и задает ее геометрию, содержит несущие 2 и продольные 5 стержни, в соответствии с заявляемым изобретением для фиксации удерживающего блока в трех плоскостях несущие стержни 2 удерживающего блока имеют фиксирующие загибы 1, чтобы фиксировать удерживающий блок в грунтовом основании насыпи (как показано на Фиг. 1) без применения дополнительных средств. Предпочтительно, когда фиксирующие загибы 1 выполнены Г-образными.
Также несущие стержни 2 удерживающего блока имеют соединительные загибы 6, а продольные стержни 5 выполнены с боковыми загибами 4, что позволяет скреплять удерживающие блоки между собой формируя ряды арматурной каркасной стенки и связывая ряды между собой без сварки или увязки. При этом соединительные загибы 6 могут быть выполнены, например, S-образными, а боковые загибы 4 С-образными.
Такое решение позволяет формировать арматурную каркасную стенку откоса дорожной насыпи путем забивки и фиксации удерживающих блоков в ее конструкции и соединяя их между собой методом сцепки в вертикальной и горизонтальной плоскостях таким образом предотвращая нарушение целостности откоса дорожной насыпи при воздействии на него неизбежных сдвиговых нагрузок, возникающих при эксплуатации дорожной насыпи.
Работа заявляемой группы изобретений поясняется примером.
Пример.
Каждый удерживающий блок состоит из несущих стержней 2 диаметром 10 мм и конструктивных 7, диаметром 8 мм (На Фиг. 1 обозначены некоторые из них). Несущие стержни 2 имеют длину 3 метра и согнуты с обеих сторон для образования Г-образных 1 и S-образных 6 загибов. На каждом блоке имеются 2 несущих стержня и 10 конструктивных. Между собой несущие и конструктивные стержни сварены продольными стержнями 5 диаметром 8 мм. Верхний и нижний стержни имеют боковой С-образный загиб 4 на конце для соединения с предыдущим блоком, а средний стержень выполняется без загиба (не отмечен на фигурах). Длина каждого удерживающего блока составляет 1,5 метра, высота 50 см. Изготовление блоков производится в заводских условиях, для сбережения от коррозии покрываются слоем краски или цинка.
Монтаж вертикального откоса дорожной насыпи на объекте производится вручную, путем укладки готовых удерживающих блоков друг на друга и соединения между собой и грунтовым основанием дорожной насыпи загибами.
Для этого на подготовленную грунтовую поверхность устанавливают L-образные удерживающие блоки, соединяя с рядом стоящие блоки боковыми С-образными загибами 4 продольных стержней 5 и забивая фиксирующие Г-образные загибы 1 несущих стержней 2 удерживающих блоков в грунт. Таким образом, получают первый ряд арматурной каркасной стенки вертикальных откосов дорожной насыпи. Такой же ряд арматурной каркасной стенки устраивается с противоположной стороны насыпи (На Фиг. 1 представлен ее разрез в оси).
После установки (монтажа) ряда блоков с обеих сторон насыпи, приступают к формированию геообойм 8 (способ формирования геообоймы и ее конструкция известны и не являются притязанием настоящего изобретения). Предпочтительно, когда при строительстве дорожной насыпи применяют замкнутые геообоймы, состоящие из грунтового слоя в замкнутой оболочке из армирующего материала (геотекстиля с прочностью на разрыв не менее 50 кН/м). Такая геообойма обеспечивает восприятие растягивающих напряжений и равномерное распределение давления на нижние слои от вышележащих слоев грунта и полезной нагрузки.
Для этого укладывается геотекстиль поперек оси дороги от одного ряда удерживающих блоков до противоположного, таким образом, чтобы геотекстиль выходил за пределы стенки, образованной рядом блоков на расчетную длину для дальнейшего загиба при устройстве геобоймы. После укладки геотекстиля производят засыпку грунта с послойным уплотнением на высоту уложенного каркаса, после чего свободные края геотекстиля загибают вовнутрь и закрепляют, образуя замкнутую геообойму 8.
Таким образом устраивают первый слой дорожной насыпи с вертикальными откосами. Последующие слои насыпи формируют аналогично, при этом соединяют верхние ряды с удерживающих блоков с нижними посредством S-образных соединительных загибов 6 как показано на Фиг. 3 на несущих стержнях 2 удерживающих блоков.
Таким образом стенки насыпи связывают между собой в трех плоскостях, в том числе и грунтовым основанием дорожной насыпи: фиксирующие Г-образные загибы несущих стержней удерживающих блоков обеспечивают связь с насыпью, боковые С-образные загибы продольных стержней удерживающих блоков обеспечивают связь удерживающих блоков с рядом стоящими и соединительные S-образные загибы обеспечивают связь удерживающих блоков с вышележащим рядом удерживающих блоков.
Это обеспечивает дополнительную прочность удерживающих элементов и повышает устойчивость откосов к сдвиговым нагрузкам.
С целью соединения противоположных стенок насыпи между собой и повышения устойчивости откосов, укладку геотекстиля производят по всей ширине насыпи с определенной расчетом периодичностью (через 3-4 ряда) а в остальных устраивают поуобоймы.
После укладки последнего ряда блоков формируют дорожное полотно 9. При этом, на вертикальных откосах устраивают шапочный брус 10 из бетона, который омоноличивает откос на всю длину и является пешеходным проходом.