ГРУНТОВЫЙ МОДУЛЬ (ВАРИАНТЫ)
GROUND MODULE (VERSIONS)

Группа изобретений относится к строительству и может быть использована при строительстве магистральных трубопроводов на болотах третьей категории, возведении инженерных сооружений при производстве подводных работ, в зоне распространения вечномерзлых грунтов, при быстром возведении дорог, аэродромов, объектов инженерной инфраструктуры ВПК и МЧС, спортивных площадок, укреплении береговой полосы и различных откосов, в частности, при сооружении покрытий грунтовых площадок.
Из уровня техники известно покрытие, содержащее слои армированного георешетками грунта, гибкие разделительные прослойки из геотекстиля между ними и верхний несущий слой из каменных материалов. Георешетки выполняются из гладких пластин легких металлов, водостойкой бумаги, резины, полимерных материалов, соединенных между собой сваркой или склеиванием таким образом, что при растяжении они образуют ячеистую структуру.
Решетки устанавливаются вплотную одна к другой по ширине дороги и засыпаются грунтом. Грунт уплотняется. Сверху укладываются внахлест полотна геотекстиля. Затем таким же способом формируется следующий слой армированного грунта (US 4797026).
Недостатком известного покрытия является его относительно невысокая несущая способность, что связано с выпиранием грунта из ячеек решетки при контактных давлениях, превышающих предел прочности грунта. Это объясняется, недостаточным сцеплением грунта со стенками георешетки. Вследствие этого при больших контактных нагрузках нарушается совместная работа георешетки с материалом заполнителя.
Кроме того, при такой схеме армирования слоя грунта, ячейки георешетки снизу и сверху открыты (незамкнуты), а материал георешеток не обладает необходимой упругостью, вследствие хрупкости легко деформируется (вплоть до разрушения) и не обеспечивает восстановление формы ячеек после снятия нагрузки.
Из уровня техники известно основание, в котором упругий слой, выполнен в виде, по меньшей мере, одноярусного набора грунтовых модулей, каждый из которых содержит выполненную из геотекстильного материала ячеистую структуру, ячейки которой заполнены насыпным материалом, ребра краевых граней ячеистых структур смежных грунтовых модулей попарно размещены напротив друг друга и увязаны между собой (см. RU 2338834 С2, 20.11.2008). Известное решение сложно использовать на болотах, на обводненных участках в поймах рек, поскольку неизбежна утечка грунта из ячеек грунтовых модулей. Кроме того, в углах соединения модулей образуются незаполненные грунтом полости, в которые также происходит утечка грунта из указанных ячеек. Известные конструкции грунтовых модулей и геомодулей имеют существенные недостатки в отношении защиты их стенок от разрушения при воздействии солнечной радиации. Например, воздействие солнечной радиации в течение 600 часов на стенки грунтовых модулей, выполненных из полиэфирных тканей, приводит к снижению их прочности на 60%, а прочность нетканых синтетических тканей снижается еще больше.
Наиболее близким к заявленной группе изобретений является грунтовый модуль, состоящий из не менее пяти выполненных из гибких элементов и заполняемых насыпным грунтом расположенных Х-образно ячеек, который снабжен выполненными из гибких элементов защитными стенками и пришивным дном, при этом защитные стенки скреплены с гранями или ребрами ячеек, пришивное дно скреплено с нижними частями граней ячеек, а его края закреплены на защитных стенках. При этом количество ячеек грунтового модуля, предпочтительно, равно пяти, а указанные ячейки в плане выполнены квадратными или шестиугольными. Кроме того, снаружи защитной стенки грунтового модуля закреплен дополнительный гибкий элемент из светостойкого материала, например, тентового. Грунтовый модуль снабжен монтажными проушинами (см. RU 2600426 С1, 20.10.2016). Известное решение невозможно использовать при производстве подводных работ и на болотах третьей категории, где глубина водоема превышает высоту грунтового модуля, поскольку последний обладает значительной положительной плавучестью и его заполнение грунтом на месте производства работ при существующих технологиях невозможно.
Таким образом, существует задача создания грунтового модуля (далее ГМ), который может быть использован при возведении инженерных сооружения в ходе производства подводных работ и на болотах значительной глубины (третьей категории).
Решаемой изобретением задачей является расширение арсенала технических средств, устраняющих указанные недостатки. Так при реализации заявленного изобретения обеспечивается возведение инженерных сооружений при проведении подводных работ, возведение грунтовых оснований на болотах третьей категории, глубина которых значительно превышает высоту ГМ, при этом устраняются утечки грунта из ячеек ГМ.
Указанная задача решается тем, что грунтовый модуль, состоящий из не менее пяти выполненных из гибких элементов и заполняемых насыпным грунтом расположенных X-образно ячеек, снабжен выполненными из гибких элементов защитными стенками и пришивным дном, при этом защитные стенки скреплены с гранями или ребрами ячеек, пришивное дно скреплено с нижними частями граней ячеек, а его края закреплены на защитных стенках, причем указанные ячейки снабжены монтажными проушинами, пришивное дно выполнено из водопропускного материала или снабжено водопропускными элементами и/или внешние и внутренние стенки указанных ячеек также снабжены водопропускными элементами.
Указанная задача решается вариантом изобретения, в котором грунтовый модуль, состоящий из не менее пяти выполненных из гибких элементов и заполняемых насыпным грунтом расположенных Х-образно ячеек, снабжен выполненными из гибких элементов защитными стенками, пришивным дном и крышкой, при этом защитные стенки скреплены с гранями или ребрами ячеек, пришивное дно скреплено с нижними частями граней ячеек, а его края закреплены на защитных стенках, указанные ячейки снабжены монтажными проушинами, пришивное дно выполнено из водопропускного материала или снабжено водопропускными элементами и/или внешние и внутренние стенки указанных ячеек снабжены водопропускными элементами, а крышка снабжена воздухо и/или водопропускными элементами.
Указанная задача решается вариантом изобретения, в котором грунтовый модуль, состоящий из не менее пяти выполненных из гибких элементов и заполняемых насыпным грунтом расположенных крестообразно ячеек, снабжен выполненными из гибких элементов защитными стенками и пришивным дном, при этом защитные стенки скреплены с гранями или ребрами ячеек, пришивное дно скреплено с нижними частями граней ячеек, а его края закреплены на защитных стенках, причем указанные ячейки снабжены монтажными проушинами, пришивное дно выполнено из водопропускного материала или снабжено водопропускными элементами и/или внешние и внутренние стенки указанных ячеек также снабжены водопропускными элементами.
Указанная задача решается вариантом изобретения, в котором грунтовый модуль, состоящий из не менее пяти выполненных из гибких элементов и заполняемых насыпным грунтом расположенных крестообразно ячеек, снабжен выполненными из гибких элементов защитными стенками, пришивным дном и крышкой, при этом защитные стенки скреплены с гранями или ребрами ячеек, пришивное дно скреплено с нижними частями граней ячеек, а его края закреплены на защитных стенках, указанные ячейки снабжены монтажными проушинами, пришивное дно выполнено из водопропускного материала или снабжено водопропускными элементами и/или внешние и внутренние стенки указанных ячеек снабжены водопропускными элементами, а крышка снабжена воздухо или водопропускными элементами.
Указанная задача решается также частными случаями выполнения ГМ, в котором в качестве гибких элементов используются полотнища текстильного материала. На каждой защитной стенке ГМ закреплены гибкие ленты, свободные края которых скреплены с отогнутыми краями пришивного дна. При этом количество ячеек грунтового модуля, предпочтительно, равно пяти, а указанные ячейки в плане выполнены квадратными или шестиугольными. Кроме того, снаружи защитной стенки грунтового модуля закреплен дополнительный гибкий элемент из светостойкого материала, например, тентового. Монтажные проушины центральной ячейки ГМ выполнены увеличенной длины. Выполнение монтажных проушин центральной ячейки увеличенной длины формирует ГМ с пониженной центральной частью при заполнении ГМ насыпным грунтом. При установке ГМ в проектное положение это устраняет развал крайних ячеек грунтового модуля.
В частном случае выполнения ГМ пришивное дно выполнено из НСМ (нетканого синтетического материала) или мелкоячеистой сетки. Крышка ГМ образована отгибаемыми выполненными увеличенной высоты защитными стенками, или образована отгибаемыми фартуками, пришитыми к защитным стенкам ячеек.
В частном случае выполнения изобретения крышка образована (в зависимости от варианта выполнения ГМ) отгибаемыми выполненными увеличенной высоты защитными стенками, отгибаемыми выполненными увеличенной высоты защитными стенками и наружными гранями ячеек или образована отгибаемыми фартуками, пришитыми к защитным стенкам или защитным стенкам и наружным граням ячеек ГМ.
В частном случае выполнения ГМ воздухо или водопропускные элементы выполнены в виде отверстий, линейных или п-образных прорезей, клапанов.
Выполнение грунтового модуля, содержащего расположенные крестообразно ячейки, позволяет создать по его углам полноразмерные ячейки, увеличивает габаритные размеры ГМ и его массу. Выполнение пришивного дна из водопропускного материала или снабжение его водопропускными элементами, а также снабжение внешних и внутренних стенок указанных ячеек ГМ водопропускными элементами, а крышки - воздухо и/или водопропускными элементами, позволяет устранить значительную положительную плавучесть ГМ, то есть обеспечивает на месте проведения работ погружение в воду ГМ, ячейки которого находятся в расправленном состоянии перед их заполнением насыпным грунтом (см. фиг 7) и ГМ.
Указанное выполнение пришивного дна и указанное выполнение водопропускных элементов обеспечивает заполнение ячеек ГМ водой и устраняет вытекание из них насыпного грунта. Снабжение ГМ крышкой устраняет растекание грунта из его ячеек и формирует основание для следующего яруса ГМ.
Снабжение крышки ГМ воздухо и/или водопропускными элементами позволяет удалить воздух из промежутков между кусками насыпного материала, а также частично-поровый воздух из насыпного материала, например, местного грунта и заместить его водой, что повышает массу ГМ и плотность его заполнения.
Защитные стенки и пришивное дно предотвращают утечки грунта из ячеек грунтового модуля, что особенно важно при строительстве инженерных сооружений под водой, на обводненных и заболоченных участках, при строительстве многоярусных оснований.
Использование полотнищ текстильного материала для изготовления грунтовых модулей обеспечивает получение ячеистой структуры с высотой ячеек до полутора метров. Кроме того, обеспечивает более равномерное распределение нагрузки на нижележащий грунт или ярус, создание прочного устойчивого искусственного основания в пониженных местах рельефа, например, для выполненного из не гибких толстостенных труб магистрального трубопровода, который не может копировать рельеф дневной поверхности грунта. Соединение грунтовых модулей между собой посредством монтажных проушин обеспечивает получение сплошного упругого слоя, позволяет исключить его дополнительное крепление анкерами, повышает устойчивость сооружаемого основания и уменьшает его осадки, что особенно важно при строительстве на слабых грунтах. Дополнительный гибкий элемент из светостойкого материала, например, тентового, предназначен для защиты стенок грунтового модуля от разрушения при воздействии солнечной радиации.
Заявленная группа изобретений за счет указанных отличительных признаков позволяет повысить несущую способность оснований различного назначения в различных климатических условиях, сооруженных на различных по физико-механическим свойствам грунтах, в том числе при многократном приложении локальной, ударной подвижной нагрузки, а также позволяет увеличить сроки эксплуатации и сократить расходы и время на строительство, обслуживание и содержание оснований.
Изобретение поясняется графическим материалом, где
на фиг. 1 изображен вариант грунтового модуля с квадратными в плане расположенными Х-образно ячейками, вид сверху;
на фиг. 2 изображен вариант грунтового модуля с квадратными в плане расположенными крестообразно ячейками, вид сверху;
на фиг. 3 то же, но с шестиугольными в плане ячейками;
на фиг. 4 представлен грунтовый модуль с пришивным дном и крышкой, вид сбоку;
на фиг. 5 изображено соединение смежных грунтовых модулей одного яруса с расположенными Х-образно ячейками;
на фиг. 6 изображено соединение смежных грунтовых модулей одного яруса с расположенными крестообразно ячейками.
В целях более полного раскрытия сущности заявленной группы изобретений, заявитель прилагает дополнительно изображения сканированных фотографий, на которых представлены:
фиг. 7 - грунтовый модуль, закрепленный на монтажном устройстве;
фиг. 8 - грунтовый модуль с пятью ячейками, заполненными насыпным грунтом;
фиг. 9 - посредством монтажного устройства выполнена высотная и пространственная фиксация ячеистой структуры крупноразмерного грунтового модуля в ее монтажном положении при сооружении многоярусного основания;
фиг. 10 - грунтовый модуль с пятью ячейками, заполненными насыпным грунтом, при сооружении многоярусного основания дороги с уплотнением насыпного материала проходами тяжелых строительных машин;
фиг. 11 - упругий многоярусный слой основания дороги, выполненный из грунтовых модулей.
Грунтовый модуль 1, состоит из не менее пяти выполненных из гибких элементов и заполняемых насыпным грунтом 2 расположенных Х-образно ячеек 3, с центральной ячейкой 4, и снабжен выполненными из гибких элементов защитными стенками 5, скрепленными с гранями 6 или ребрами 7 ячеек 3 (см. фиг. 1). Снаружи защитной стенки/стенок 5 грунтового модуля 1 закреплен дополнительный гибкий элемент 8 из светостойкого материала, например, тентового.
Вариантом изобретения является грунтовый модуль 9, состоящий из не менее пяти выполненных из гибких элементов и заполняемых насыпным грунтом расположенных крестообразно ячеек, 3, с центральной ячейкой 4, также снабженный выполненными из гибких элементов защитными стенками 5. Защитные стенки 5 скреплены с гранями 6 или ребрами 7 ячеек 3. Снаружи защитных стенок 5 грунтового модуля 9 закреплен дополнительный гибкий элемент 8 из светостойкого материала, например, тентового (см. фиг. 2). Частным случаем выполнения ГМ является изготовление ячеек шестиугольными в плане (см. фиг. 3).
Грунтовый модуль 1 и грунтовый модуль 9 снабжены пришивным дном 10 (см. фиг. 4), которое скреплено с нижними частями граней ячеек, а его края отогнуты и закреплены на защитных стенках 5.
Пришивное дно 10 выполнено из водопропускного материала, например, из НСМ (нетканого синтетического материала) или мелкоячеистой сетки. Пришивное дно, выполненное из материала, аналогичного материалу стенок ячеек ГМ, снабжено водопропускными элементами (не показаны). Внешние и внутренние стенки указанных ячеек ГМ также снабжены водопропускными элементами (не показаны).
Вариантом выполнения изобретения является ГМ, снабженный крышкой 11 (см. фиг. 4). Наличие крышки устраняет растекание грунта из ячеек ГМ и формирует основание для следующего яруса ГМ. Крышка ГМ снабжена воздухо и/или водопропускными элементами, что позволяет удалить воздух из промежутков между кусками насыпного материала, например, местного грунта, а также частично - поровый воздух из насыпного материала, например, местного грунта, и заместить его водой, что повышает массу ГМ и плотность его заполнения. Крышка 11 образована (в зависимости от варианта выполнения ГМ) отгибаемыми выполненными увеличенной высоты защитными стенками 5, отгибаемыми выполненными увеличенной высоты защитными стенками 5 и наружными гранями 6 ячеек 3 или образована отгибаемыми фартуками, пришитыми к защитным стенкам или защитным стенкам и наружным граням 6 ячеек 3. Воздухо или водопропускные элементы выполнены в виде отверстий, линейных или п-образных прорезей, клапанов. Указанные ячейки ГМ 1 и 9 снабжены монтажными проушинами, что позволяет фиксировать ГМ на монтажном устройстве. Монтажные проушины центральной ячейки 4 выполнены увеличенной длины, что формирует ГМ с пониженной центральной частью при заполнении ГМ насыпным грунтом. При установке ГМ в проектное положение это устраняет развал крайних ячеек грунтового модуля.
Сооружение одноярусного основания 12 осуществляют последовательным соединением грунтовых модулей 1 или 9 (см. фиг. 5, 6). Расположение ячеек грунтового модуля Х-образно обеспечивает равномерность физико-механических свойств грунтового основания, армированного гибкими элементами грунтового модуля, в его продольном и поперечном направлениях.
Выполнение ячеек грунтового модуля в плане шестиугольными (см. фиг. 3), также положительно влияет на равномерность физико-механических свойств грунтового основания в его продольном и поперечном направлениях, обеспечивая необходимую несущую способность грунтового основания. Выполнение грунтового модуля 9, содержащего расположенные крестообразно ячейки, обеспечивает равномерность физико-механических свойств грунтового основания, армированного гибкими элементами грунтового модуля, в его продольном и поперечном направлениях, позволяет создать по углам ГМ 9 полноразмерные ячейки, увеличивает габаритные размеры ГМ 9 и его массу.
На поверхности земли 13 (см. фиг. 4) в проектном положении устанавливают монтажное устройство (см. фиг. 7), элементами которого посредством монтажных проушин фиксируют грани грунтового модуля. Зафиксированные таким образом ячейки грунтового модуля заполняют насыпным материалом, например, местным грунтом. В случае использования грунтовых модулей с крупноразмерными ячейками, высота которых значительная (до 1,5 м), а ширина ячейки не менее ее высоты, вследствие гидростатического бокового давления насыпного материала происходит деформация граней и опорных краев грунтового модуля, с формированием значительной опорной поверхности, что улучшает устойчивость грунтового модуля (см. фиг. 8).
Наращивание упругого слоя основания 12 (см. фиг. 5, 6) ведут последовательным соединением грунтовых модулей, путем размещения смежных грунтовых модулей рядом с созданным, при этом ребра концевых граней смежных грунтовых модулей попарно размещают напротив друг друга и увязывают их, например, лентами, жгутами (не показаны). Наращивание упругого слоя сооружаемого основания можно осуществлять в поперечном, продольном и поперечно-продольном направлениях.
Монтажное устройство переставляют, вновь уложенный грунтовый модуль фиксируют гранями ячеек на устройстве и заполняют ячейки насыпным материалом. Возможна работа с использованием нескольких монтажных устройств, которые устанавливают рядом с ранее созданным грунтовым модулем, при этом грани ячеек грунтового модуля можно предварительно зафиксировать на монтажном устройстве до его установки в проектное положение.
Посредством монтажного устройства выполняют высотную и пространственную фиксацию ячеистой структуры крупноразмерного грунтового модуля в ее монтажном положении при сооружении многоярусного основания (см. фиг. 9).
Заполнение ячеек грунтового модуля, в зависимости от его высоты, и типа грунта, может сопровождаться уплотнением насыпного материала как различного вида вибраторами, так и проходами тяжелых строительных машин (см. фиг. 10).
На фиг. 9, 10, 11 представлен упругий многоярусный слой основания дороги, выполненный из грунтовых модулей.
В зависимости от рельефа земной поверхности грунта, на поверхности земли шириной, превышающей ширину упругого слоя, укладывают с нахлестом гибкие полотнища геотекстильного материала с заданными фильтрующими свойствами, например, нетканого синтетического (НСМ). Уложенные таким образом полотнища образуют подстилающий слой для сооружаемого грунтового основания, армированного гибкими элементами грунтовых модулей. Степень шероховатости, размеры и расположение ячеек грунтового модуля задаются, исходя из условия обеспечения надежного сцепления ячеек с заполняющим их материалом, а также с учетом обеспечения равномерного армирования грунта в пределах каждого грунтового модуля. Восстановление формы ячеек указанной конструкции после снятия нагрузки осуществляется за счет геометрии ее структуры и упругих свойств материала. Высота объемной ячеистой структуры выбирается из условия обеспечения необходимой толщины основания, качественного уплотнения насыпного материала в ячейках грунтового модуля и оптимального соотношения ее прочностных свойств и веса.
Заявленная группа изобретений обеспечивает возможность круглогодичного ведения строительства объектов инфраструктуры при проведении подводных работ, на болотах и других слабых грунтах, в том числе на вечномерзлых грунтах в районах Крайнего Севера и Сибири. Изобретение обеспечивает повышение несущей способности основания, уменьшение осадки основания, способного воспринимать значительные нагрузки со стороны тяжелых строительных машин, нагрузок со стороны магистральных трубопроводов большого диаметра, от возводимых на заявленном основании промышленных объектов.
Эксплуатация опытных участков оснований (см. фиг. 11), упругий слой которых содержит крупноразмерные ячеистые структуры, показала их эффективность, которая обусловлена высокой прочностью материала крупноразмерных ячеистых структур и их размерами, значительными по сравнению с другими известными объемными георешетками.