ГИБКОЕ ЗАЩИТНОЕ БЕТОННОЕ ПОКРЫТИЕ И СПОСОБ ЕГО ВОЗВЕДЕНИЯ
FLEXIBLE PROTECTIVE CONCRETE PAVEMENT AND METHOD OF ITS LAYING

Изобретение относится к берегоукрепительным сооружениям, предназначенным для защиты откосов, склонов, берегов, переходов трубопроводов, дамб от размыва потоками воды, преимущественно для откосов железнодорожного земляного полотна.
Известен способ возведения гибкого защитного бетонного покрытия, позволяющего защитить откос от размыва (Руководство по применению универсальных гибких защитных бетонных матов. - Воронеж: ООО «Микрон В», 2010. - 32 с.
Способ возведения гибкого защитного бетонного покрытия (бетонные маты) заключается в доставке предварительно изготовленных бетонных матов к месту возведения покрытия и укладке их на откосе.
Способ возведения гибкого защитного бетонного покрытия осуществляется следующим образом.
Предварительно изготавливают бетонные маты, включающие бетонные блоки, соединенные между собой в рядах и порядно с помощью гибких связей, например тросов или капроновых канатов. Затем изготовленные бетонные маты транспортируют к месту монтажа и укладывают на откос. Перед укладкой бетонных матов предварительно на поверхность откоса укладывают иглопробивное нетканое геотекстильное полотно для предотвращения вымывания грунта из под гибкого защитного бетонного покрытия. После чего доставленные в зону монтажа бетонные маты с помощью специальной траверсы захватывают за монтажные петли и подъемным механизмом опускают на место их установки. Укладка начинается с подножия откоса. Вдоль нижней грани откоса дороги укладывается по одному ряду более толстых бетонных матов, выполняющих функцию якорей. Если склон насыпи имеет большую высоту, то укладывают поочередно несколько бетонных матов. Для этого два бетонных мата укладывают по откосу друг на друга, затем соседние монтажные петли лежащих друг на друге бетонных матов связываются между собой. После чего верхний бетонный мат за нижние монтажные петли с помощью крана или лебедки поднимают вверх по откосу. Операция повторяется до тех пор, пока весь дорожный откос не будет защищен. При этом самый верхний бетонный мат при укладке должен переваливаться со склона на относительно горизонтальную вершину откоса и наверху его концы прижимаются более тяжелым бетонным матом или бетонируется в траншею.
Уложенные на откосе бетонные маты соединяют между собой и с грунтом с помощью специальных скоб (анкеров), забиваемых в грунт. При забивании скобы в грунт происходит взаимное стягивание матов друг с другом, образуя единое бетонное покрытие, и одновременное их прикрепление к грунту.
Известный способ возведения гибкого защитного бетонного покрытия обеспечивает надежное покрытие и предотвращает осыпание откосов.
Недостатком данного технического решения является низкая степень технологичности. Низкая степень технологичности обусловлена проблемой транспортировки и монтажа берегозащитного покрытия в отдаленные и труднодоступные места и монтажа защитного покрытия в стесненных условиях в связи с необходимостью использования траверс, кранов повышенной грузоподъемности (из-за увеличенного вылета стрелы для монтажа). Кроме того, необходимость механического крепления на откосе требует дополнительных крепежных устройств, например анкеров.
Устройством для осуществления этого способа является универсальное гибкое защитное бетонное покрытие (бетонный мат), принцип работы которого основывается на укреплении откосов от размыва потоками воды (патент №2129635 РФ, E02B 3/12 (2006.01). Универсальное гибкое защитное бетонное покрытие / В.Н. Латарцев, В.И. Биркин, В.И. Лыков, А.А. Швецов; Акционерное общество закрытого типа Предприятие подводно-технических работ "ПЕТР" (РФ). - №98112000; Заявлено 13.02.1998; Опубл. 27.04.1999, Бюл. №12).
<mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>d</mi><mi>k</mi></msub><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>α</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>s</mi><mi>α</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
k
Универсальное гибкое защитное бетонное покрытие (бетонный мат) содержит бетонные блоки, связанные между собой порядно и в рядах с помощью замоноличенных в бетонные блоки тросов в виде капроновых канатов. Блоки выполнены в виде двусторонних усеченных пирамид с прямоугольными основаниями. На торцах блоков выполнены выемки. Площадь отверстия выемки должна быть больше половины площади торца блока. В качестве тросов использованы замоноличенные в блоках капроновые канаты. Расстояние L между соседними блоками выбирается в зависимости от угла наклона граней двусторонних усеченных пирамид и диаметра троса (каната) и определено зависимостью
, где d - диаметр троса; α - угол наклона грани блока.
В периферийных блоках или между соседними периферийными блоками выполняются монтажные петли из этого же троса (каната). Таким образом, собирается гибкое полотно (бетонный мат) из бетонных блоков, сошнурованных между собой гибкой связью.
Работает устройство следующим образом.
Изготовленные заранее бетонные маты универсального гибкого защитного бетонного покрытия транспортируют в зону монтажа и с помощью специальной траверсы рамного типа захватывают за монтажные петли и подъемным механизмом опускают это покрытие в нужное место.
Выемки, выполненные на торцах бетонных блоков, способствуют лучшему зацеплению покрытия за грунт (якорный эффект типа присоски) и удерживают покрытие в месте установки.
Такая конструкция покрытия обеспечивает простоту изготовления блоков и самого покрытия, его высокую гибкость и надежную сцепляемость с грунтом, а также универсальность покрытия за счет возможности образования им арок и поверхностей различных конфигураций.
Недостатком универсального гибкого защитного бетонного покрытия является низкая степень технологичности. Низкая степень технологичности обусловлена трудностью транспортировки берегозащитного покрытия в отдаленные и труднодоступные места и монтажа его в стесненных условиях в связи с необходимостью использования траверс, кранов повышенной грузоподъемности (из-за увеличенного вылета стрелы для монтажа).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ возведения гибкого защитного бетонного покрытия, позволяющего защитить откос от размыва (патент №2491385 РФ, B02B 3/12, E02D 17/20 (2006.01). Гибкое бетонное покрытие для защиты берегового откоса или склона / Э.Х. Кушу, Ю.В. Артюхин; ООО ″Научный и проектный центр ″БЕРЕГОЗАЩИТА″ (РФ). - №2011149441; Заявлено 05.12.2011; Опубл. 27.08.2013, Бюл. №24).
Способ возведения гибкого защитного бетонного покрытия заключается в доставке предварительно изготовленного бетонного покрытия к месту его возведения и укладке его на откосе.
Способ возведения гибкого бетонного покрытия осуществляется следующим образом.
Предварительно гибкое бетонное покрытие изготавливают в заводских условиях или на полигонах методом виброформования в металлических формах, предварительно разместив в них гибкие связи в виде канатов или тросов, при этом бетонные блоки изготавливаются в виде двухсторонних усеченных пирамид с общим основанием, с остроугольными выступами-зубьями, выполненными на нижнем основании-подошве каждого бетонного блока. Затем изготовленное покрытие транспортируют в зону его монтажа и укладывают на откосе стреловым краном с помощью рамной траверсы. При укладке полотно располагают на откосе так, чтобы большая торцевая сторона выступа-зуба в нижней части каждого бетонного блока располагалась ориентировочно перпендикулярно поверхности берегового откоса. Уложенное на откосе гибкое бетонное покрытие под действием собственного веса самопогружается в грунт и прочно сцепляется с грунтом откоса, независимо от его крутизны.
Известный способ возведения гибкого защитного бетонного покрытия обеспечивает надежное покрытие и повышает устойчивость покрытия. Кроме того, изобретение позволяет повысить прочности его механического сцепления с грунтом без дополнительных крепежных устройств.
Недостатком универсального гибкого защитного бетонного покрытия является низкая степень технологичности. Низкая степень технологичности обусловлена проблемой транспортировки берегозащитного покрытия в отдаленные и труднодоступные места и монтажа защитного покрытия в стесненных условиях в связи с необходимостью использования траверс, кранов повышенной грузоподъемности (из-за увеличенного вылета стрелы для монтажа).
Наиболее близким устройством для осуществления этого способа является гибкое бетонное покрытие для защиты берегового откоса или склона (патент №2491385 РФ, E02B 3/12, E02D 17/20 (2006.01). Гибкое бетонное покрытие для защиты берегового откоса или склона / Э.Х. Кушу, Ю.В. Артюхин; ООО ″Научный и проектный центр ″БЕРЕГОЗАЩИТА″ (РФ). - №2011149441; Заявлено 05.12.2011; Опубл. 27.08.2013, Бюл. №24).
Гибкое бетонное покрытие для защиты берегового откоса или склона содержит бетонные блоки, соединенные между собой и порядно посредством гибких связей. Каждый бетонный блок имеет форму двухсторонней усеченной пирамиды с верхней и нижней частью с общим основанием. Нижняя часть каждого бетонного блока выполнена в виде косоусеченной пирамиды с двумя торцевыми сторонами, выполненными разной высоты, образуя остроугольный выступ-зуб.
Бетонные блоки выполнены одинаковыми по выбранной форме поверхности их нижнего основания-подошвы и однообразно ориентированными в гибком бетонном покрытии, образуя зубчатое нижнее основание покрытия.
Нижнее основание-подошва каждого бетонного блока может быть выполнено в виде наклонной плоской поверхности, ломаной поверхности в виде двух или более пересекающихся плоскостей, а также криволинейно-вогнутой поверхности, которая может быть не только постоянной, но и переменной кривизны.
Выполнение формы нижнего основания-подошвы каждого бетонного блока зависит от характеристик грунта: чем плотнее грунт, тем острее должен быть зуб.
Гибкое бетонное покрытие работает следующим образом.
Изготовленное гибкое бетонное покрытие (бетонный мат) укладывают на откос, располагая его так, чтобы большая торцевая сторона располагалась ориентировочно перпендикулярно поверхности откоса. Остроугольные выступы-зубья, выполненные на нижнем основании-подошве каждого бетонного блока, самопогружаются в грунт. Глубина погружения составляет 1/3-2/3 высоты большей торцевой стороны бетонного блока под воздействием собственной массы и прочно сцепляются с грунтом откоса, независимо от его крутизны.
В результате самопогружения в грунт гибкого бетонного покрытия повышается прочность механического сцепления его с грунтом, тем самым обеспечивается устойчивость гибкого бетонного покрытия на грунтовом откосе.
Обеспечение устойчивости покрытия на откосе предотвращает откос от размыва и тем самым повышает его эксплуатационную надежность и прочность.
Недостатком универсального гибкого защитного бетонного покрытия является низкая степень технологичности. Низкая степень технологичности обусловлена трудностью транспортировки берегозащитного покрытия в отдаленные и труднодоступные места и монтажа его в стесненных условиях, требующих использования траверс, кранов повышенной грузоподъемности (из-за увеличенного вылета стрелы для монтажа).
Кроме того, возможно затруднение с погружением остроконечных торцов блоков в откосы и склоны при наличии дерна или грунтов более высокой плотности, чем было рассчитано для такого гибкого бетонного покрытия, а также зацепление инородных предметов, мусора за выступающие части блоков, что приводит к смещению положения гибкого бетонного покрытия и соответственно к снижению его устойчивости.
Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке способа возведения гибкого защитного бетонного покрытия и устройства для его осуществления, позволяющих упростить технологический процесс транспортировки и монтажа гибкого защитного бетонного покрытия на откосе, за счет совокупности новых существенных признаков в устройстве гибкого защитного бетонного покрытия.
1. Для решения поставленной задачи в способе возведения гибкого защитного бетонного покрытия, заключающемся в доставке предварительно изготовленного бетонного покрытия к месту его возведения и укладке его на откосе, перед транспортировкой предварительно изготовленное бетонное покрытие сворачивают в рулон.
Признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, является сворачивание предварительно изготовленного защитного бетонного покрытия в рулон перед его транспортировкой и укладкой.
Благодаря отличительным признакам упрощается технологический процесс возведения гибкого защитного бетонного покрытия на откосе.
Кроме того, сворачивание в компактный рулон гибкого защитного бетонного покрытия позволяет решить проблему транспортировки и монтажа покрытия в отдаленные и труднодоступные места и монтажа покрытия в стесненных условиях и повысить эффективность использования технологического «окна» - на железной дороге.
2. Для решения поставленной задачи в гибком защитном бетонном покрытии, содержащем бетонные блоки, соединенные между собой порядно посредством гибкой связи, замоноличенной в бетонные блоки, бетонные блоки пошагово расположены в продольном и поперечном направлении и выполнены в верхней части в виде полусферы, а в нижней части цилиндрической формы с металлическими штырями, замоноличенными с нижнего ее торца по контуру окружности под углом 65-90° в двух вертикальных плоскостях - продольной и поперечной относительно длины конструкции, и направленными во внешнюю сторону от центра, а в качестве гибкой связи использована двухосная геосинтетическая решетка.
Признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, являются выполнение нижней части бетонного блока цилиндрической формы, а верхней - в виде полусферы, пошаговое расположение бетонных блоков в продольном и поперечном направлении снабжение нижней части блоков металлическими штырями, замоноличенными с нижнего ее торца под углом 65-90°, использование в качестве гибкой связи двухосной геосинтетической решетки.
Благодаря отличительным признакам упрощается технологический процесс возведения гибкого защитного бетонного покрытия на откосе и решается проблема транспортировки в отдаленные и труднодоступные места.
Это обусловлено тем, что расположение бетонных блоков на расстоянии друг от друга, выполнение их верхней части виде полусферы, замоноличивание металлических штырей с торца нижней части бетонных блоков под углом, а также использование в качестве гибкой связи двухосной геосинтетической решетки позволяют сворачивать покрытия в компактный рулон, что облегчает транспортировку покрытия к месту укладки и укладку его на откос и способствует использованию менее мощного стрелового крана для погрузки.
Интервал угла металлических штырей в пределах 65-90° обусловлен тем, что при угле наклона больше 90° невозможно свернуть гибкое защитное бетонное покрытие в рулон из-за того, что металлические штыри упираются в верхнюю часть бетонных блоков. При угле меньше 65° не обеспечивается заглубление металлических штырей на всю их глубину, так как угол вхождения металлических штырей в грунт будет слишком маленьким, таким образом, не обеспечивается необходимое механическое сцепление с грунтом.
Кроме того, в сравнении с прототипом значительно облегчено равномерное заглубление металлических штырей на необходимую глубину независимо от плотности грунтов откоса, что повышает прочность механического сцепления бетонных блоков с грунтом и тем самым повышает устойчивость покрытия на откосе. Устойчивое покрытие надежно защищает откос земляного полотна от размыва водой. Выполнение верхней части бетонных блоков в виде полусферы также позволяет повысить устойчивость полотна. Это обусловлено тем, что обтекаемая форма амортизирует удары потоков воды и посторонних предметов, находящихся в воде в период паводков, удары которых снижают устойчивость покрытия. Использование же в качестве гибкой связи геосинтетической решетки позволяет существенно уменьшить размывание грунта под покрытием, особенно через 1-2 сезона, за которые ячейки сетки забьются илом и мусором.
Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного решения, показали, что в общедоступных источниках информации не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками. Из уровня техники также не подтверждена известность влияния отличительных признаков заявляемого изобретения на указанный заявителем технический результат, следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».
Реализация способа возведения гибкого защитного бетонного покрытия с помощью заявляемого устройства поясняется схемами, приведенными на фиг. 1-4
На фиг. 1 изображено поперечное сечение откоса земляного полотна с гибким защитным бетонным покрытием; на фиг. 2 изображен бетонный блок гибкого защитного бетонного покрытия; на фиг. 3 изображено гибкое защитное бетонное покрытие - вид сверху; на фиг. 4 изображено гибкое защитное бетонное покрытие в свернутом виде.
Гибкое защитное бетонное покрытие содержит бетонные блоки 1, каждый из которых выполнен из двух частей, нижняя часть 2 выполнена цилиндрической формы, а верхняя часть 3 - в виде полусферы, металлические штыри 4, замоноличенные с нижнего торца нижней части 2 бетонного блока 1, двухосную геосинтетическую решетку 5, замоноличенную в бетонные блоки 1.
Нижняя часть 2 бетонного блока 1 выполнена высотой 50 мм, радиусом 175 мм, а верхняя часть 3 бетонного блока 1 выполнена радиусом 175 мм. Металлические штыри 4 выполнены длиной 300 мм напротив друг друга под углом, равным 70° к плоскости нижнего торца нижней части 2 бетонного блока 1. Длина, диаметр и угол наклона металлических штырей могут варьироваться в зависимости от условий: размеров бетонных блоков, крутизны склона, вида грунта. Шаг между бетонными блоками 1 в обоих направлениях выбран из интервала 50-200 мм. Шаг между блоками 50-200 мм обоснован тем, что при расстоянии менее 50 мм конструкция не будет сворачиваться из-за отсутствия возможности сгибаться в вертикальной плоскости. При шаге более 200 мм блоки будут подворачиваться сами под себя до тех пор, пока металлическими штырями не упрутся в нижний торец соседнего блока, сама защита получится «рыхлой», теряется эффект сплошного бетонного ковра. Масса двух бетонных частей без арматурных стержней составляет 65,3 кг. Покрытие имеет размеры 3950 мм на 3150 мм и включает в себя 80 блоков (8 блоков в каждом ряду, 10 блоков по направлению сворачивания рулона). Прочность двухосной геосетки 5 на разрыв составляет 30 кН в обоих направлениях, что обеспечивает целостность и прочность конструкции.
Способ возведения гибкого защитного бетонного покрытия с помощью устройства для его осуществления осуществляется следующим образом.
Изготовленное гибкое защитное бетонное покрытие сворачивают в компактный рулон таким образом, чтобы монтажные петли были направлены вверх.
Для предотвращения самопроизвольного разворачивания гибкого бетонного покрытия во время транспортировки перед транспортировкой каждый рулон обвязывают канатами 7, концы которых закрепляются с помощью фиксирующего устройства 8.
После чего рулоны бетонного покрытия доставляются к месту монтажа транспортными средствами, например универсальными ж-д вагонами-платформами, применяемыми для перевозки грузов различных характеристик, приспособленными под перевозку труб различной длины и диаметра, и осуществляют его монтаж. Монтаж гибкого защитного бетонного покрытия осуществляют с помощью стрелового крана, например железнодорожного, и специальных строповочных приспособлений. Рулон захватывают за монтажные петли 6 и подъемным механизмом опускают на место установки. Рулон укладывают таким образом, чтобы металлические стержни 4 первого (верхнего) ряда бетонных блоков вошли в грунт на всю длину. Затем фиксирующее устройство 8, соединяющее концы каната 7, обвязывающего рулон, размыкаются и он самостоятельно разворачивается и укладывается на поверхности откоса. Под тяжестью веса бетонных блоков 1 металлические штыри 4 самопогружаются в грунт, обеспечивая прочное сцепление покрытия с грунтом. Прочное механическое сцепление покрытия с грунтом обеспечивает его устойчивость на грунтовом откосе. В результате чего повышается эксплуатационная надежность и прочность откоса, что обеспечивает надежную защиту откоса земляного полотна от размыва водой.