СИСТЕМА УКРЕПЛЕНИЯ ОТКОСОВ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к системам укрепления откосов с использованием габионнных и сопрягаемых с ними конструкций и может найти применение при проведении дорожно-строительных работ для повышения стабильности грунтовых объектов железнодорожного полотна, автомобильных дорог и создания берегозащитных и вдольбереговых укрепительных сооружений.
Известно устройство для реализации способа укрепления откосов в виде щебеночной насыпи, содержащее слой щебня на поверхности балластной призмы железнодорожного пути, включающий мелкозернистый материал в количестве 1,5-7% от веса щебня и связующее в виде отходов нефтепереработки, целлюлозно-бумажной промышленности или связующие на основе латексов для образования устойчивого к внешним воздействиям покрытия толщиной около 4 см (см. патент РФ 887723, опублик. 07.12.1981).
Недостатком изестного технического решения является то, что укрепленные указанным образом откосы балластной призмы железнодорожного пути имеют сравнительно низкие эксплуатационные характеристики и амортизационные свойства, поверхностный слой насыпи обладает недостаточной удерживающей способностью щебня при движении поездов на высоких скоростях, в результате возможны разрушения верхнего строения пути и ходовой части железнодорожных составов.
Известна также система укрепления откосов балластной призмы железнодорожного пути, включающая средства для пропитки верхнего щебеночного слоя жидким полимерным связующим на основе полиуретана (см. патент РФ №100777, опублик. 27.12.2010).
Особенностью известного технического решения является то, что балластная призма содержит укладываемый на земляное полотно слой песчаной или песчано-гравийной подушки, зерна щебня в поверхностной части верхнего щебеночного слоя соединены связующим полимером на основе полиуретана путем их заливки полимерным связующим в жидком виде с его последующим отверждением и образованием пористой структуры за счет склеивания зерен щебня в точках их соприкосновения, при этом глубина пропитки связующим составляет 5-7 см, а верхний слой состоит из щебня фракции 25-80 мм.
Укрепление железнодорожного пути путем равномерной пропитки верхнего щебеночного слоя балластной призмы на указанную глубину жидким полимерным связующим не обеспечивает поддержание требуемых эксплуатационных характеристик и амортизационных свойств балластной призмы для тяжелонагруженных участков железнодорожного пути, например, на участках закругления, а также при подтоплении железнодорожного полотна. Кроме того, известное техническое решение не обеспечивает эксплуатационной надежности и стабильности откосов береговых и вдольбереговых сооружений в условиях эрозионного и абразивного воздействия гидропесчаных взвесей, волн и течений.
Для преодоления указанных недостатков, а также для повышения стабильности откосов грунтовых объектов железнодорожного полотна, автомобильных дорог и берегозащитных сооружений и при проведении дорожно-строительных работ осуществляют дополнительное укрепление откосов, в том числе, путем установки габионных и сопрягаемых с ними конструкций (см. Альбом конструкций креплений откосов земляного полотна железных и автомобильных дорог общей сети Союза ССР. М., Мосгипротранс, 1970, 197 с.).
Известна система укрепления откосов, содержащая габионы, включающие сетчатый каркас из металлической проволоки, заполненный дисперсным материалом (см. патент РФ №2131493, опублик. 10.06.1999).
Особенностью известного технического решения является то, что в пределах сетчатого каркаса уложен внутренний чехол из синтетического геотекстильного материала или стеклоткани, а в качестве заполнителя используется дисперсный материал, в том числе, теплоизолирующий, преимущественно уплотненный прессованием. Кроме того, в качестве дисперсного материала могут быть использованы асбестовые отходы, хвосты обогатительных фабрик, гранулированный шлак, шлакозольные отходы электростанций, горелые породы шахтных выработок и торф.
Недостатками известного технического решения являются сложность конструкции и монтажа грунтогабионов и сравнительно низкая надежность системы укрепления откосов при нарушении герметичности внутренних чехлов габионов, что может привести к вымыванию части мелкодисперсного материала заполнителя, снижению стабильности откосов, возникновению локальных или обширных разрушений берегозащитных и вдольбереговых укрепительных сооружений.
Наиболее близким техническим решением является система укрепления откосов, содержащая соединенные между собой габионы, выполненные в виде проволочных сетчатых каркасов, заполненных дисперсным материалом, преимущественно, щебнем твердых пород фракцией не менее размеров ячейки габионной сетки (см. Перевозников Б.Ф., Селиверстов В.Л. Дорожно-мостовые габионные конструкции и сооружения. Обзорная информация, 2-2001. Раздел 3.1. Габионы конструкций Мосгипротранса и их предназначение. http://www.znaytovar.ru/gost/2/Obzornaya_informaciyaAvtomobil18.html - пpoтотип).
К недостаткам известного технического решения следует отнести то, что эксплуатация системы укрепления откосов с габионами указанной конструкции с течением времени может привести к существенному снижению прочностных характеристик габионов, потере их устойчивости и снижению стабильности откосов, в том числе, из-за отсутствия на существующих габионах средств для дополнительного укрепления и защиты их внешних слоев от эрозионного и абразивного воздействия гидропесчаных взвесей, волн и течений.
Решаемой задачей полезной модели является улучшение амортизационных и эксплуатационных характеристик габионных конструкций в системах укрепления откосов, а также повышение стабильности грунтовых объектов железнодорожного полотна, автомобильных дорог и берегозащитных укрепительных сооружений в тяжелых условиях эксплуатации.
Техническим результатом предложенной системы укрепления откосов является устранение указанных недостатков путем формирования на габионах внешнего защитного слоя для увеличения удерживающей способности дисперсного материала заполнителя, предотвращения осыпания и нежелательного выбивания зерен заполнителя в условиях эрозионного и гидроабразивного внешних воздействий.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что в системе укрепления откосов, содержащей соединенные между собой габионы, выполненные в виде проволочных сетчатых каркасов, заполненных дисперсным материалом, преимущественно, щебнем твердых пород фракцией не менее размеров ячейки габионной сетки, согласно полезной модели, дисперсный материал заполнителя в габионах содержит, по крайней мере, один внешний защитный слой, щебень в котором пропитан жидким полимерным связующим на основе полиуретана с образованием пористой структуры глубиной 5-14 см за счет склеивании зерен щебня в точках их соприкосновения, причем внешний защитный слой расположен, преимущественно, в верхней, боковой или наклонной части, соответственно, в габионах горизонтального, вертикального или наклонного размещения.
Кроме того, внешний защитный слой в габионах коробчатой и цилиндрической формы может быть расположен на верхней и, по крайней мере, на одной боковой стороне, а в габионах матрасно-тюфячной формы - на их верхней стороне.
Такое выполнение полезной модели позволяет решить поставленную задачу, устранить недостатки известных технических решений и достичь указанный технический результат путем создания в заполнителе габионов внешнего защитного слоя для увеличения удерживающей способности зернистого материала, предотвращения его осыпания и выбивания щебня из габионов в тяжелых условиях эксплуатации систем укрепления откосов.
Проведенные в ООО »ЭЛАСТОИМПЕКС» опытные исследования по формированию каркасной структуры в защитных щебеночных слоях габионов путем их пропитки жидким полимерным связующим на основе полиуретана на глубину менее 5 см показали, что эти значения недостаточны для достижения указанного технического результата, а увеличение глубины пропитки щебеночных слоев заполнителя более 14 см связано с избыточными затратами полимерного связующего. Необходимым условием дополнительного укрепления данных участков щебеночного слоя габионов жидким полимерным связующим на осное полиуретана является их выдержка в условиях отсутствия капельной жидкости в течении 1-4 час для полного отверждения связующего.
На фиг.1 представлена условная комбинированная схема системы укрепления искусственных и естественных береговых откосов, включающая заглубленный в откос горизонтально расположенный габион матрасно-тюфячной формы, наклонные, вертикальные и ступенчато расположенные габионы коробчатой формы.
Комбинированная система укрепления откосов содержит скрепленные между собой габионы, выполненные в виде проволочных сетчатых каркасов, заполненных дисперсным материалом, преимущественно, щебнем твердых пород фракцией. При этом в береговой откос 1 заглублен горизонтально расположенный габион 2 матрасно-тюфячной формы. Над ним расположены наклонные 3, вертикальные 4 и ступенчато расположенные 5 габионы коробчатой формы. Габионы 2, 3, 4, 5 заполнены дисперсным материалом в виде щебня фракцией не менее размеров ячейки габионной оцинкованной сетки, преимущественно, двойного кручения с шестигранными ячейками размерами 5×7 см. Наибольшее применение находят габионы коробчатые размерами 2×1×0,5 м, матрасно-тюфячные толщиной 0,23 м и размером 3×2 м. Каркасы габионов 2, 3, 4, 5 заполнены камнем твердых, преимущественно, тяжелых и слабовыветривающихся водостойких пород, например, гранитов. Габионы соединены между собой вязальной отожженной проволокой диаметром 3 мм, длиной от 0,30 до 0,35 м на расстоянии 0,15-0,20 м один от другого. Нижние габионы 2 могут закрепляются в земле забитыми по углам стержнями (жезлами) диаметром от 16 до 19 мм, а под всеми указанными габионами укладывается щебеночные или гравийные подложки слоем толщиной 0,2-0,4 м (не показаны).
Дисперсный материал заполнителя в габионах 2, 3, 4, 5 содержит по одному внешнему защитному слою 6, 7, 8, 9, щебень в которых пропитан жидким полимерным связующим на основе полиуретана с образованием пористой структуры глубиной, соответственно 6, 7, 10, 10 см за счет склеивании зерен щебня в точках их соприкосновения. Внешний защитный слой расположен, соответственно, в верхней, наклонной и боковых частях, соответственно, в габионах 2, 3, 4, 5 горизонтального, наклонного, вертикального и ступенчатого размещения. На фиг.1 поз.10, 11 обозначены щиты опалубки для удержания защитных слоев габионов 4, 5 до их отверждения в течение 1-4 час. Материалом для изготовления арматурных каркасов габионов 2, 3, 4, 5 может служить также оцинкованная гибкая проволока диаметром от 2,0 до 4,2 мм для плетения сетки и прутковое железо диаметром от 6 до 8 мм для устройства каркаса.
3
Система укрепления откосов формируется и эксплуатируется следующим образом. Для формирования системы укрепления откосов целесообразно использовать щебень из плотных горных пород в соответствии с ГОСТ 7392-2002 с номинальным размером зерен 15-60 мм, а в качестве связующего - полиуретановый эластомерный материал плотностью 1,09 г/см. В период обработки внешнего защитного щебеночного слоя полимерным связующим на основе полиуретанового эластомерного материала для защиты от дождя на период отверждения обработанные поверхности габионов закрывают любым водонепроницаемым укрывным материалом.
Формирование на габионах защитного щебеночного слоя обеспечивает укрепление откосов различного назначения за счет увеличение удерживающей способности зерен щебня, предотвращение осыпания и нежелательное выбивание зернистого материала при нормативных и ненормативных внешних воздействиях. При этом полученная пористая структура внешних защитных слоев на габионах не задерживает на поверхности влагу, ее эластичные свойства в склеенном состоянии позволяют сохранять внешний щебеночный слой от различных, в том числе, экстремальных внешних воздействий (лед, водопесчанные суспензии, потоки воды).
Увеличение удерживающей способности верхнего слоя щебня в габионах приводит к значительному улучшению амортизационных характеристик габионных конструкций в системах укрепления откосов, позволяет повысить стабильность грунтовых объектов железнодорожного полотна, автомобильных дорог и берегозащитных укрепительных сооружений в широком диапазоне воздействующих факторов, в том числе, типичных климатических температур наружного воздуха и атмосферных осадков. Срок службы в неагрессивной среде габиона с каркасом из оцинкованной проволоки и внешним защитным слоем, пропитанным жидким полимерным связующим, составляет не менее 8-15 лет.