ЗАЩИТНАЯ ПРОКЛАДКА ГЕОМЕМБРАНЫ
PROTECTIVE GASKET OF GEOMEMBRANE

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при расположении противофильтрационной геомембраны (полиэтиленовой пленки) в грунтах, неокатанные остроугольные включения которых могут повредить геомембрану, особенно при низких температурах, когда материал геомембраны теряет эластичность.
В зависимости от конкретных условий строительства (толщины геомембраны, крупности фракций грунта, наличия в грунте угловатых частиц, технологии отсыпки защитного слоя поверх геомембраны) применяют защитные прокладки из рубероида, стеклоткани, поролона, полиэтиленовой пленки [1, п.4.7], а также из геотекстиля [2, п.2.3.1.].
п
Эффективность защитной прокладки характеризуется коэффициентом K, который определяется по формуле [2, приложение 3]:
п
пр
пл
K=P/P,
пр
где P - прокалывающая нагрузка, определенная для полиэтиленовой пленки, на которую уложена защитная прокладка;
пл
P - прокалывающая нагрузка, определенная для полиэтиленовой пленки без защитной прокладки.
Эти известные, преимущественно однослойные плоские прокладки не всегда обладают достаточной прочностью и недостаточно надежно защищают геомембрану от прокалывания и воздействия низких температур. Например, при примыкании геомембраны к габионной конструкции, корзины которой заполнены камнями и контактируют с холодным наружным воздухом.
Известен ряд водосбросных и водопропускных сооружений, а также ряд грунтовых плотин, в которых геомембрана примыкает к габионной конструкции и она снабжена защитной прокладкой. Эта прокладка расположена между геомембраной и габионной конструкцией и выполнена однослойной из относительно толстого геотекстиля (Пат. RU №№2374387, 2375519, 2375520, 2416692) или двухслойной, состоящей из геотекстиля и теплоизоляционной оболочки (Пат. RU №№2376416, 23777363, 2398064).
Эта известная защитная прокладка, как однослойная, так и двухслойная, также не всегда обладает достаточной прочностью и недостаточно надежно защищает геомембрану от прокалывания.
Известна двухслойная защитная прокладка, которая расположена между геомембраной и габионной конструкцией и последовательно состоит из геотекстиля и проволочной сетки (дополнительной прокладки). При этом площадь ячейки проволочной сетки прокладки в свету многократно меньше площади ячейки проволочной сетки корзины габиона в свету [3].
Такая защитная прокладка также недостаточно надежно защищает геомембрану от прокалывания и от воздействия низких температур.
Наиболее близким техническим решением является трехслойная защитная прокладка [4], которая расположена между геомембраной и габионной конструкцией и последовательно состоит из геотекстиля, теплоизоляционной оболочки и проволочной сетки (в источнике на чертежах геотекстиль не изображен, но в описании примера он указан). При этом площадь ячейки проволочной сетки прокладки в свету также многократно меньше площади ячейки проволочной сетки корзины габиона в свету.
Эта защитная прокладка обладает следующими недостатками:
- недостаточная надежность защиты геомембраны от прокалывания из-за раздельной работы ее составляющих (геотекстиль, теплоизоляционная оболочка и проволочная сетка);
- многослойность прокладки увеличивает затраты за счет многодельности при ее выполнении;
- высокие затраты из-за использования в прокладке проволочной сетки, которую необходимо защитить от коррозии.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности защиты геомембраны от прокалывания и экономия средств, необходимых на выполнение защитной прокладки.
Задача решается тем, что защитная прокладка геомембраны содержит геосетку из полимерного материала и прикрепленный с двух сторон к геосетке геотекстиль, при этом ячейки геосетки образованы наложенными друг на друга пересекающимися прутками, скрепленными в узлах пересечения друг с другом, и заполнены полимерной пеной, затвердевшей в ячейках.
Дополнительно:
- ячейки геосетки заполнены полиуретановой пеной;
- ячейки геосетки заполнены пеной из поливинилхлоридных нанокомпозитов.
Именно выполнение всех элементов прокладки из полимерного материала, придание накладке объемности (толщины) за счет наложения прутков геосетки друг на друга, придание накладке композитных свойств за счет запенивания ячеек геосетки обеспечивает решение поставленной задачи: повышение надежности защиты геомембраны и экономии средств. При этом полимерная пена, твердея в ячейках между геотекстилями, скрепляет все элементы прокладки в единый композиционный материал.
ЗАО «ТехПолимер», производственное предприятие в г. Красноярске, изготовило опытный образец предлагаемой защитной прокладки с использованием полиуретановой пены. Испытание образца показало, что прочность на разрыв геосетки с геотекстилем после заполнения ячеек пеной увеличилась более чем в два раза, а ее деформативность уменьшилась.
п
Это испытание дает заявителю основание полагать, что коэффициент K заявляемой прокладки может возрасти до 10, что обеспечит, как высокую надежность защиты геомембраны от прокалывания, так и экономичность самой защитной прокладки.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - фрагмент защитной прокладки, аксонометрия;
на фиг.2 - открытый водосброс на нескальном основании, фрагмент продольного разреза сбросного лотка;
фиг.3 - разрез А-А на фиг.2.
Защитная прокладка (далее: прокладка) 1 содержит геосетку 2 из полимерного материала и прикрепленный с двух сторон к геосетке 2 геотекстиль 3 и 4 (фиг.1). Под геотекстилем 3 условимся понимать геотекстиль, который будет примыкать непосредственно к геомембране, а под геотекстилем 4 - к грубой поверхности конструкции или сооружения (геомембрана и сооружения на фиг.1 не показаны).
с
Ячейки 5 геосетки 2 образованы наложенными друг на друга пересекающимися прутками 6 и 7, которые размещены относительно толщины δ геосетки 2 в двух уровнях и скреплены в узлах пересечения (точнее: соприкосновения) 8 друг с другом при помощи сварки, горячим воздухом или ультразвуком. После чего ячейки 5 заполнены полимерной пеной 9, представляющей собой газонаполненный пластмасс, затвердевший в ячейках 5 между геотекстилями 3 и 4.
п
Толщина δ прокладки 1 определяется высотой в поперечном сечении прутков 6 и 7 и толщиной геотекстиля 3 и 4 и обычно немногим отличается от 1 см в ту или иную сторону.
Запенивание ячеек 5 по заливочной технологии может быть осуществлено, например, полиуретановой пеной, получившей широкое распространение как монтажная пена. Однако целесообразно использовать современные более прочные, обладающие высокой адгезией пены, например, из поливинилхлоридных нанокомпозитов [5].
Пример (фиг.1 и фиг.2). Сбросная часть открытого водосброса на нескальном основании (естественном и/или насыпном) 10 выполнена в виде лотка 11 с быстротечным продольным уклоном дна 12. Это дно 12, боковые стенки 13 и водобойные стенки 14 лотка 11 выполнены из связанных между собой габионов 15, корзины 16 которых заполнены камнями [7]. Габионы 15 имеют коробчатую прямоугольную форму с размерами, например, 1×1×2 метра и с совместно работающими с ними двумя малорасходными металлическими трубами 17 и двутаврами 18 образуют цельную гибкую габионную конструкцию лотка 11, которая снизу и с боков заключена в геомембрану 19 [6].
Геомембрана 19 уложена на подстилающий слой 20 (непосредственно или с дополнительной прокладкой), а от габионной конструкции лотка 11 она отделена прокладкой 1.
Конкретный вид полимерной пены 9 и геотекстиля 3 и 4, толщину геотекстиля и прутков 6 и 7, материал и форму поперечного сечения последних, а также геометрическую форму (квадрат, ромб, прямоугольник, параллелограмм) ячеек 5 и их размеры принимают в зависимости от местных условий в соответствии с данными исследований. При этом площадь ячеек 5 прокладки 1 многократно меньше площади ячеек проволочной сетки корзины 16 габиона 15.
Накладку 1 изготавливают в виде листов, которые могут быть свернуты в рулоны. При укладке листы прокладки 1 соединяют друг с другом внахлест или встык. В последнем случае стык листов целесообразно запенить или перекрыть дополнительной накладкой, выполненной, например, в виде относительно толстой ленты из геотекстиля, или техническим пластырем - армированный скотч.
Прокладка 1 защищает геомембрану 19 от повреждения и одновременно вместе с геомембраной 19 предотвращает насыщение основания 10 водой 21, движущейся по лотку 11.
Особенность работы предлагаемой прокладки 1, защищающей геомембрану 19 со стороны габионной конструкции лотка 11, испытывающего динамическое воздействие со стороны потока воды 21, заключается в следующем.
1. Высокие прочностные свойства прокладки 1 на прокалывание позволяют уменьшить толщину геомембраны 19, например до 1 мм, что сокращает суммарный расход полимерного материала на изготовление геомембраны 19 и прокладки 1.
2. Прокладка 1 дополнительно предохраняет геомембрану 19, во-первых, от переохлаждения, при котором материал геомембраны 19 теряет эластичность, следовательно, и прочность, особенно в местах перегиба геомембраны 19, во-вторых, снижает колебания температуры эксплуатации относительно температуры монтажа геомембраны 19. Второе обстоятельство позволяет увеличить расстояние между компенсаторами деформаций геомембраны 19 или, чаще всего, полностью отказаться от их выполнения. При этом полимерная пена 9, особенно из нанокомпозитов, практически не теряет теплоизоляционные свойства в водной среде, что в особо холодный период года обеспечивает повышение температуры геомембраны 19 на 5-7°С.
3. При запенивании ячеек 5 геосетки 2 нанокомпозитами прокладка 1 может приобрести водонепроницаемое свойство, что повышает противофильтрационную эффективность совместной работы геомембраны 19 и прокладки 1. Как крайний случай, прокладка 1 может позволить полностью отказаться от укладки геомембраны 19.
Обозначения
1 - защитная прокладка
2 - геосетка
3 и 4 - геотекстиль
5 - ячейка
6 и 7 - прутки
8 - узел пересечения прутков
9 - полимерная пена
10 - основание (водосброса)
11 - лоток
12 - дно (лотка)
13 - боковая стенка
14 - водобойная стенка
15 - габионы
16 - корзины (габионов)
17 - труба
18 - двутавр
19 - геомембрана
20 - подстилающий слой
21 - поток воды
Источники информации
1. Инструкция по проектированию и строительству противофильтрационных устройств из полиэтиленовой пленки для искусственных водоемов. СН 551-82/Госстрой СССР. - М: Стройиздат, 1983, табл.1.
2. Рекомендации по проектированию и строительству противофильтрационных устройств из полимерных рулонных материалов. - СПб. НИИ АКХ им. К.Д Памфилова, 1999.
3. Патент Российской Федерации №2378450, кл. Е02В 7/00, опубл. 10.01.2010.
4. Патент Российской Федерации №2394962, кл. Е02Д 19/00, опубл. 20.07.2010.
5. Патент Российской Федерации №2286360, кл. C08J 9/02, опубл. 27.10.2006.
6. Патент Российской Федерации №2375520, кл. Е02В 8/06, опубл. 10.12.2009.
7. ГОСТ 52132-2003. Изделия из сетки для габионных конструкций. Технические условия.