Мембранная подпорная стенка

Полезная модель относится к строительству, а именно подпорным стенам.
Известна «Подпорная стенка парусного типа» (Патент СССР на изобретение SU №1830099 A3, МПК E02D 29/02, опубл. 23.07.1993, Ю.П. Кожин, В.И. Кадукин), включающая вертикальные опоры, которые объединены поверху распределительной балкой, горизонтальную плиту и парусную оболочку. Парусная оболочка выполнена из полотнищ стеклопластика и прикреплена верхним и нижним концами к распределительной балке, выполненной по высоте составной из двух секций и верхней грани горизонтальной плиты. Оболочка пригружена грунтом обратной засыпки. Концевые участки оболочки выполнены спрямленными и расположены относительно друг друга под острым углом, открытым к опоре с сопряжением их между собой по заданной кривой и наклоном верхних и нижних частей оболочки обусловленным фактической эпюрой горизонтальных сил активного давления грунта. Полотнища оболочки объединены между собой посредством соединительных элементов. Вертикальные опоры закреплены нижними концами в горизонтальной плите. Горизонтальная плита закреплена в плотные грунты основания или оперта на сваи.
Одним из основных недостатков такого конструктивного решения подпорной стенки является использование в качестве основной несущей оболочки отдельных стеклопластиковых полотнищ, объединенных между собой посредством соединительных элементов по заданной кривой. Выполнение заданного очертания оболочки и поддержание его в процессе эксплуатации может негативно сказаться на надежности и эксплуатационных свойствах подпорной стенки.
Наиболее близкая по технической сущности и достигаемому техническому результату, и выбранная в качестве прототипа является «Пiдпiрна стiнка» (Патент Украины на полезную модель №13805 МПК: E02D 29/02 от 25.04.1997 г. Морозов В.В., Тетиор О.Н.). Подпорная стенка включают в себя тонкостенные незамкнутые со стороны обратной засыпки лицевые мембраны с секциями цилиндрической формы, обращенные выпуклостью в сторону противоположную от грунта обратной засыпки, установленные вертикально жесткие стойки, расположенные между секциями лицевой мембраны, горизонтальные гибкие полосовые анкерные элементы, размещаемые перекрестно в грунте обратной засыпки, прикрепленные одним концом к жестким стойкам, другим концом связанные друг с другом в местах пересечения вертикальными крепежными анкерами.
Недостатком конструктивного решения, описанного в прототипе, является то, что лицевые мембраны расположены вертикально, что не позволяет полностью использовать прочностные преимущества мембранного материала при работе на растяжение в двух направлениях. В верхней части мембраны возможно возникновение сжимающих напряжений, что может привести к нежелательным деформациям и как следствие частичному обрушению грунтовой массы в верхней части подпорной стенки.
Задачей полезной модели является разработка нового конструктивного решения мембранной подпорной стенки с достижением технического результата - повышения надежности работы лицевой мембраны за счет расположения ее под углом наклона по отношению к грунту обратной засыпки величиной 25-35°.
Поставленная задача решается тем, что мембранная подпорная стенка содержит гибкие лицевые мембраны, жесткие контрфорсы рамной конструкции и прижимные накладки для соединения лицевой мембраны с ними, контрфорсы выполнены в виде рамы треугольной формы с углом наклона грани, обращенной к грунту обратной засыпки величиной 25-35°, установлены с шагом равным 0.5-1.2 высоты подпорной стенки о опираются на отдельно-стоящие фундаменты.
Существенными признаками, совпадающим с прототипом, являются следующие:
- наличие гибкой лицевой мембраны;
- наличие жесткой стойки;
- наличие накладок, соединяющих лицевую мембрану с контрфорсами.
Отличительными от прототипа существенными признаками являются:
- лицевая мембрана расположена под углом к вертикальной поверхности;
- жесткие стойки выполняются в виде контрфорсов рамной конструкции.
Между совокупностью существенных признаков полезной модели и достигаемым техническим результатом - повышения надежности работы лицевой мембраны - существует следующая причинно-следственная связь.
Использование, согласно прототипу, в конструкции подпорной стены лицевой мембраны, расположенной вертикально не позволяет добиться рациональной работы материала лицевой мембраны на растяжение по всей плоскости в двух направлениях. В соответствии с эпюрой горизонтальной составляющей активного давления грунта максимальные растягивающие напряжения возникают на высоте 1/3 от подошвы фундамента как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. В верхней части мембраны возможно возникновение сжимающих напряжений,  вследствие наличия  вертикальной составляющей активного давления грунта и незначительной величины горизонтальной составляющей активного давления грунта, что может привести к нежелательным деформациям в вертикальной плоскости по центру секции лицевой мембраны.
В заявляемом техническом решении усовершенствование конструкции мембранной подпорной стенки достигается за счет применения лицевой мембраны, расположенной под углом к вертикальной плоскости, равном углу внутреннего трения грунта обратной засыпки.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, который включает поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, с выявлением источников, содержащих информацию об аналогах заявляемого технического решения, позволяет установить, что заявителем не выявлены аналоги, которые характеризуются всей совокупностью признаков, идентичной всем существенным признакам заявляемого устройства, указанных в формуле полезной модели.
Потому можно утверждать, что полезная модель соответствует условию патентоспособности по критерию «новизна».
Кроме того, полезная модель промышленно применима, потому что заявляемое техническое решение позволяет использовать его при проектировании инженерных сооружений, контактирующих с грунтом в районах, имеющих тенденцию оползневых процессов, для планировки участков на сложном рельефе, с том числе и в дорожном строительстве.
Лицевые мембраны, выполненные из полотнищ гибкого геосинтетического материала, свободно опираются на жесткие контрфорсы рамной конструкции, закрепляются к ним с помощью прижимных планок, выполненных из пластика или оцинкованной стали для исключения коррозии. Жесткие контрфорсы выполнены треугольного очертания с углом наклона грани, обращенной к грунту обратной засыпки, к вертикальной плоскости равном углу внутреннего трения грунта обратной засыпки. Контрфорсы установлены с шагом равным 0.5-1.2 высоты подпорной стенки и опираются на отдельно-стоящие фундаменты. Шаг контрфорсов принимается исходя из размеров секции мембранного полотна. Для подобного типа стен рекомендуется использования в качестве грунта обратной засыпки несвязные песчаные грунты. Угол внутреннего трения подобного типа грунтов находится в пределах ϕ=25-35°.
При расположении лицевой мембраны под углом к вертикальной плоскости равном углу внутреннего трения песчаного грунта обратной засыпки, находящегося в пределах ϕ=25-35° в результате перераспределения вертикальной и горизонтальной составляющей активного давления грунта в лицевой мембране не возникают сжимающие напряжения, что исключает нежелательные деформации.
Конструктивное решение мембранной подпорной стенки иллюстрируется графическим материалом, где на фиг. 1 приведено аксонометрическое изображение секции мембранной подпорной стенки, на фиг. 2 изображен поперечный разрез мембранной подпорной стенки, на фиг. 3 узел I.
Мембранная подпорная стенка включает гибкие лицевые мембраны, которые опираются на жесткие контрфорсы рамной конструкции, установленные на отдельно-стоящий фундамент и прижимные накладки для соединения лицевой мембраны с контрфорсами, при этом лицевая мембрана расположена под углом к вертикальной плоскости, равном углу внутреннего трения грунта обратной засыпки.
Мембранная подпорная стенка состоит из лицевой мембраны 1, и контрфорсов жесткой рамной конструкции 2.
Контрфорс жесткой рамной конструкции 2 имеют наклонную грань 3, расположенную под углом к вертикальной плоскости, равном под углом к вертикальной плоскости равном углу внутреннего трения песчаного грунта обратной засыпки 4, находящегося в пределах ϕ=25-35°. Наклонная грань 3 контрфорса жесткой рамной конструкции 2 выполняется трубчатого сечения для исключения концентрации напряжений в лицевой мембране.
Контрфорсы жесткой рамной конструкции 2 устанавливают на отдельно-стоящий фундамент 5 с шагом 0.5-1.2 высоты мембранной подпорной стенки
Лицевая мембрана 1 свободно опирается на наклонные грани 3 контрфорсов жесткой рамной конструкции 2 и крепится к ним прижимными накладками 6, выполненными из пластика или нержавеющей стали с целью предотвращения коррозии и закрепляются шпилькой 7. Нижний край 8 лицевой мембраны 1 заводится в сторону грунта обратной засыпки 4 для защиты от подмыва.
Со стороны земляного массива мембранное полотно послойно и постепенно нагружается песчаным грунтом обратной засыпки 4, поверх которой выполняется благоустройство 9, в соответствии с назначением.
Таким образом в лицевой мембране 1 в результате перераспределения вертикальной и горизонтальной составляющей активного давления грунта не возникают сжимающие напряжения, что исключает нежелательные деформации.
Устройство обеспечивает повышения надежности работы мембранной подпорной стенки.