ГРУНТОВЫЙ МОДУЛЬ (ВАРИАНТЫ)
GROUND MODULE (VERSIONS)

Изобретений относится к строительству и может быть использовано при строительстве магистральных трубопроводов на болотах, 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.
Известно устройство для быстрого возведения усиленных дорожных покрытий, представляющее собой полотно из тканевого водонепроницаемого материала, соединенное с грунтовым основанием посредством гибких анкеров, расположенных равномерно по площади покрытия (см. SU 1337457).
Известно также усиление покрытия аэродромов в виде натянутой металлической сети прямоугольной формы, укладываемой на грунтовую площадку и закрепленной в грунте посредством растяжек, расположенных равномерно по периметру сетки (см. US 2405565).
Недостатком указанных решений является то, что они не обеспечивают достаточную несущую способность покрытия, расположенного на слабом грунтовом основании, особенно в период распутицы.
Это объясняется тем, что покрытие в виде тканевого полотна или сети представляет собой тонкую мембрану, материал которой активно включается в работу под нагрузкой, направленной нормально к покрытию, при сравнительно больших местных деформациях. Однако при динамическом воздействии транспортного средства развиваются контактные давления, превышающие предел прочности грунта, что приводит к его скольжению вдоль мембраны, в случае армирования грунта мембраной, вырыванию, выбросу комьев грунта и образованию колеи и выбоин дороге.
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.
Известны способ армирования слабых грунтов оснований и откосов и георешетка для его осуществления (см. RU 2228479 C1, 10.05.2004). Известное устройство содержит набор гибких лент, скрепленных перпендикулярными их длинным сторонам и расположенными в шахматном порядке швами с возможностью образования заполняемой насыпным грунтом ячеистой структуры. Однако известное ячеистое устройство рассчитано прежде всего на восприятие сдвигающих статических нагрузок на уклонах или воздействие колесной техники на покрытие.
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 C2, 20.11.2008). Указанное техническое решение является наиболее близким к заявленному изобретению. Однако 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. Кроме того, 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.
Решаемой изобретением задачей является расширение арсенала технических средств, устраняющих указанные недостатки. Так, при реализации заявленного изобретения устраняются утечки грунта из ячеек грунтового модуля, в том числе на обводненных и заболоченных участках, и обеспечивается необходимая защита стенок грунтового модуля, в том числе и от солнечной радиации.
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.
Указанная задача решается вариантом грунтового модуля, состоящего из не менее пяти выполненных из гибких элементов и заполняемых насыпным грунтом расположенных Х-образно ячеек, который снабжен выполненными из гибких элементов защитными стенками, скрепленными с гранями или ребрами ячеек.
Указанная задача решается также частными случаями выполнения грунтового модуля, в котором в качестве гибких элементов используются полотнища текстильного материала. Грунтовый модуль снабжен проушинами. На каждой защитной стенке грунтового модуля 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.
Защитные стенки и пришивное дно предотвращают утечки грунта из ячеек грунтового модуля, что особенно важно при строительстве 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. 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 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 - вариант грунтового модуля с квадратными в плане ячейками, вид сверху;
на фиг. 2  - то же, но с шестиугольными в плане ячейками;
на фиг. 3 представлен грунтовый модуль с пришивным дном, вид сбоку;
на фиг. 4 - соединение смежных грунтовых модулей одного яруса.
В целях более полного раскрытия сущности заявленной группы изобретений, заявитель прилагает дополнительно изображения сканированных фотографии, на которых представлены:
фиг. 5 - грунтовый модуль, закрепленный на монтажном устройстве;
фиг. 6 - грунтовый модуль с пятью ячейками, заполненными насыпным грунтом;
фиг. 7 - посредством монтажного устройства выполнена высотная и пространственная фиксация ячеистой структуры крупноразмерного грунтового модуля в ее монтажном положении при сооружении второго яруса основания;
фиг. 8 - грунтовый модуль с пятью ячейками, заполненными насыпным грунтом, при сооружении второго яруса основания.
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 X-образно ячеек, снабженный выполненными из гибких элементов защитными стенками 5 и пришивным дном 10. Защитные стенки 5 скреплены с гранями 6 или ребрами 7 ячеек 3. Пришивное дно 10 скреплено с нижними частями граней ячеек, а его края закреплены на защитных стенках 5.
Снаружи защитной стенки/стенок 5 грунтового модуля закреплен дополнительный гибкий элемент 8 из светостойкого материала, например,тентового (см. фиг. 2). Сооружение одноярусного основания 11 осуществляют последовательным соединением грунтовых модулей 1 или 9 (см. фиг. 3). 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. 2), также положительно влияет на равномерность физико-механических свойств грунтового осноания в его продольном и поперечном направлениях, обеспечивая необходимую несущую способность грунтового основания.
На поверхности земли 12 (см. фиг. 1) в проектном положении устанавливают монтажное устройство (см. фиг. 4), элементами которого посредством 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. 4, 5). 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. 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. Наращивание упругого слоя сооружаемого основания можно осуществлять в поперечном, продольном и поперечно-продольном направлениях. Наращивание упругого слоя основания 11 (см. фиг. 3) 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). На фиг. 6 и фиг. 7 представлен упругий слой основания, выполненного из двух ярусов 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 на болотах и других слабых грунтах, в том числе на вечномерзлых грунтах в районах Крайнего севера и Сибири. Кроме того, 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, 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.