УСТРОЙСТВО ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ ОТКОСОВ И АРМИРОВАНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Полезная модель относится к области строительства, а именно к устройствам для укрепления откосов насыпей, конусов, откосов береговых линий и русел водоемов, а также может быть использована для армирования земляного полотна.
Известно устройство для укрепления откосов и конусов насыпей, представляющее собой сборную решетчатую конструкцию, состоящую из отдельных элементов (балочек), объединенных при стыковке в узловые соединения (приложение А, рис. 1). Ячейки, образованные элементами конструкции (балочками), заполняют щебнем, растительным грунтом, дерном или каким-либо другим материалом, защищающим поверхность откоса. Металлические или железобетонные анкеры в монтажных стыках прикрепляют конструкцию к поверхностным слоям откоса [Методические рекомендации по выбору конструкций укрепления конусов и откосов земляного полотна, технологии и механизации укрепительных работ. Минтрансстрой, Союздорнии 1981. Актуализация от 01.10.2008]. Назначение конструкции - удерживать материал в ячейках на поверхности откоса.
Недостатком этого устройства являются значительные трудозатраты, связанные как с производством элементов конструкции из железобетона, так и с монтажом (разбивка поверхности откоса, установка отдельных элементов конструкции на откосе, их соединение), что удлиняет сроки и повышает стоимость строительства.
Прототипами предлагаемой полезной модели являются устройства для укрепления откосов и армирования элементов дорожной конструкции, содержащие гибкие полимерные полосы, расположенные в несколько рядов, установленные на ребро и соединенные между собой по длине полос, с возможностью образования при растягивании полос в направлении, нормальном к поверхности полос, ячеистой конструкции для заполнения материалом, защищающим поверхность откоса, а полосы выполнены с дренажными отверстиями, а соединение полос выполнено в шахматном порядке точечной либо сплошной термосваркой [патенты RU 2152479 C1 от 10.07.1999, RU 2152480 C1 от 10.07.1999, RU 56901 U1 от 27.09.2006, RU 120110 U1 от 10.04.2015] (приложение А, рис. 2). Ячеистую конструкцию устанавливают на откосе, фиксируют анкерами по периметру, дополнительными несущими анкерами по образующей плоскости откоса, и засыпают ячейки заполнителем. Количество дополнительных анкеров, требующееся для удерживания ячеистой конструкции с заполнителем на поверхности откоса, назначают расчетом в зависимости от крутизны откоса, внутреннего трения грунта откоса и веса заполнителя ячеек.
Изготовление полимерных полос с дренажными отверстиями представляет собой несложную технологическую операцию, однако сварочные работы требуют существенных трудозатрат. Так, на 1 кв.м конструкции из гибких полос с ячейкой 20×24 см приходится 40 сварных швов. Большой объем сварочных работ приводит к существенному удорожанию устройства.
Задачей данного технического решения является снижение трудозатрат, сокращение сроков строительства и уменьшение его стоимости.
Задача достигается тем, что гибкие полимерные полосы, расположенные в несколько рядов, установленные на ребро, соединены между собой по длине полос, с возможностью образования при растягивании полос в направлении, нормальном к поверхности полос, ячеистой конструкции для заполнения материалом, защищающим поверхность откоса, а гибкие полимерные полосы снабжены пазами, а полосы установлены двумя пакетами взаимно перпендикулярно, скреплены «паз в паз» и переплетены, а глубина паза равна половине высоты полосы, а ширина паза равна толщине полосы, а расстояние между полосами равно расстоянию между пазами, а пазы выполнены поочередно сверху и снизу от продольной оси полосы.
Полосы могут быть снабжены дренажными отверстиями.
Технический результат заключается в замене сварки гибких полос их сборкой, что позволит существенно уменьшить трудозатраты при изготовлении заявленного устройства.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг. 1 - заявленное устройство (ячеистая конструкция);
на фиг. 2 - гибкая полимерная полоса;
на фиг. 3 - заявленное устройство (ячеистая конструкция) в процессе эксплуатации.
Заявленное устройство содержит следующие элементы: пакеты полос 1 и 2 с дренирующими отверстиями 3 и с пазами 4, установленные взаимно перпендикулярно. Полосы соединены «паз в паз» и переплетены. Пазы выполнены поочередно сверху и снизу от продольной оси полосы, а расстояние между полосами равно расстоянию между пазами, а ширина паза «δ» равна толщине полосы. Благодаря тому, что полосы гибкие, операция переплетения полос легко осуществима.
Устройство может быть собрано как в заводских условиях, так и непосредственно перед монтажом на откосе. Ячейки могут быть расположены на откосе квадратами (две стороны параллельны бровке откоса), либо ромбами, под углом 45° к бровке откоса.
Заявленное устройство работает следующим образом. Собранную ячеистую конструкцию устанавливают на откосе 5 в соответствии с принятой технологией монтажа ячеистых конструкций прототипов: растягивают на предварительно установленных по бровке откоса фиксирующих анкерах 6 и заполняют ячейки 7 заполнителем 8. Заполнение ячеек начинают с двух-трех нижних рядов, расположенных у подошвы откоса. Нижние ряды ячеек с заполнителем служат упором для заполнителя верхних ячеек.
Материал, помещенный в ячейки, защищает поверхность откоса от эрозии. Взаимное переплетение полос позволяет сохранить целостность конструкции, удерживая скрепление «паз в паз».
Для проверки прочности заявленного устройства выполняют расчет, состоящий из двух этапов. Сначала, также как и для ячеистой конструкции прототипов, по формулам (1) и (2) определяют требуемое количество несущих анкеров, необходимое для удерживания ячеистой конструкции с заполнителем на откосе, при этом предполагается, что прочность стенки ячейки обеспечена
где F - часть непогашенной трением сдвигающей силы;
G - вес ячеистой конструкции с заполнителем;
α - угол откоса;
ϕ - угол внутреннего трения грунта откоса.
Так, при заложении откоса насыпи 1:2 (обычно устраивают в зоне вечной мерзлоты), для насыпей, отсыпанных из песков, в т.ч. пылеватых, величина в скобках отрицательна. Это означает, что ячеистая конструкция удерживается на поверхности откоса за счет трения, конструкцию закрепляют анкерами только по периметру, несущие анкеры не требуются. При более крутых откосах, когда (sinα-cosα tgα)>0, требуемое количество несущих анкеров n определяют по формуле (2)
где R - несущая способность анкера.
Проверку прочности стенки ячейки выполняют по формуле (3)
где [σ] - прочность материала стенки ячейки (полосы) на разрыв;
0
d - высота стенки;
a
F - нагрузка от веса ячеистой конструкции с заполнителем, действующая на один анкер, число которых определено по формуле (2).
Расчет, выполненный для наиболее неблагоприятных условий (влажность грунта откоса превышает оптимальную, сцепление в грунте отсутствует), показал, что прочности стандартной полосы с дренирующими отверстиями, выпускаемой отечественными производителями для ячеистой сварной конструкции прототипов, достаточно для применения в заявленном устройстве (приложение Б).
Эффективность предлагаемого технического решения заключается в снижении стоимости ячеистой конструкции за счет упрощения технологии производства работ в результате замены сварки полос их сборкой, сокращении сроков изготовления ячеистой конструкции. Соединение полос «паз в паз» обладает требуемой прочностью.