УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПУЧЕНИЯ ГРУНТА
DEVICE FOR PROTECTION AGAINST HEAVE

Изобретение относится к строительству, в частности к способам защиты одиночных опорных элементов (например, свай, столбов, опор линий электропередач и т.п.) от воздействия сил морозного пучения грунта, в том числе в районах распространения многолетнемерзлых грунтов.
Наиболее близким к изобретению по своей сущности и достигаемому результату является способ предохранения опорных элементов от морозного выпучивания грунта (варианты) [RU №2515246 С1, кл. E02D 27/35, 2012]. Он предусматривает использование защитной оболочки, изготовленной из упругого материала, обеспечивающего возможность подъема оболочки на величину максимального выпучивания промерзающего (деятельного) слоя грунта и ее обратного возврата в исходное положение после полного оттаивания этого слоя. При этом нижний конец оболочки прикрепляют к опорному элементу, а реактивные усилия на опорный элемент должны быть меньше несущей способности опорного элемента на выдергивающие нагрузки в грунте ниже нижней границы слоя сезонного слоя промерзания-оттаивания.
Недостатком вышеуказанного способа является то, что идеально упругие материалы не всегда можно найти. В этих условиях необходимо подбирать материалы повышенной прочности и толщины, чтобы максимально уменьшить пластические деформации и обеспечить полный возврат защитной оболочки в начальное исходное положение. Это приводит к повышенному расходу материалов, повышению стоимости защитного устройства и осложняет выбор подходящих материалов.
Целью изобретения является повышение надежности и экономичности защитного устройства при воздействии сил морозного пучения грунта.
Цель достигается тем, внешняя защитная оболочка изготовлена из упругопластического материала, растягивающегося в процессе подъема защитной оболочки при пучении грунта и не возвращающегося после его оттаивания в исходное первоначальное положение, при этом максимальное относительное удлинение защитной оболочки за период полного проектного срока эксплуатации защитной оболочки не превышает допустимое максимальное пластическое относительное удлинение материала оболочки, а перемещение верхнего конца внешней защитной оболочки не достигает надфундаментных конструкций.
Цель также достигается тем, что последовательность чередования слоев вокруг опорного элемента следующая: первый слой - незамерзающая смазка, второй слой - внешняя защитная оболочка.
Цель также достигается тем, что последовательность чередования слоев вокруг опорного элемента следующая: первый слой - неподвижная антифрикционная оболочка, прикрепленная к боковой поверхности сваи, второй слой - незамерзающая смазка, третий слой - внешняя защитная оболочка.
Цель также достигается тем, что к опорному элементу выше поверхности грунта прикрепляют два или более ножей, направленных острием вниз вдоль оси опорного элемента.
Цель также достигается тем, что к боковой поверхности опорного элемента выше режущих ножей прикрепляют упоры со скосом во внешнюю сторону от опорного элемента.
Сопоставительное сравнение с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается всей совокупностью изложенных признаков. Это позволяет сделать вывод о соответствии признаку "новизна".
Сравнение не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое устройство от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".
На фиг. 1 показаны варианты достижения поставленной цели.
На фиг. 1-а показан 2-й способ защитного устройства. Последовательность чередования защитных слоев вокруг опорного элемента 1 следующая: первый слой - незамерзающая смазка 3, второй слой - внешняя защитная оболочка 2 из упругопластического материала. Эта конструкция рекомендуется при гладкой боковой поверхности опорного элемента 1, когда защитная смазка 3 закрывает небольшие неровности на поверхности опорного элемента 1.
При шероховатой боковой поверхности (бетон, дерево и пр.) опорного элемента 1 последовательность чередования слоев вокруг опорного элемента следующая: первый слой - неподвижная антифрикционная внутренняя оболочка 8, прикрепленная к боковой поверхности опорного элемента, второй слой - незамерзающая смазка 3, третий слой - внешняя защитная оболочка 2 из упругопластического материала с гладкой внешней и внутренней поверхностью (способ 3) (фиг. 1-b). Первый слой можно нанести напылением на боковую поверхность опорного элемента 1 или прочно прикрепить к ней мягкую оболочку 8 с гладкой внешней поверхностью. Толщина внутренней оболочки 8 должна превышать высоту неровностей на боковой поверхности опорного элемента 1. Такая конструкция позволяет уменьшить силы трения между внутренней гладкой поверхностью внешней защитной оболочки 2 из упругопластического материала и опорным элементом 1.
На фиг. 1-с показаны ножи 9 гильотинного типа с треугольными скосами, прикрепленные к опорному элементу 1 вдоль оси опорного элемента выше поверхности грунта 4 и направленные острием вниз (способ 4). Два или более режущих ножей необходимы для продольного разрезания внешней защитной оболочки 2, удлинившейся на излишне большую величину, опасную для эксплуатации надфундаментных конструкций. После разрезания тонкой защитной оболочки 2 гибкие пластичные полоски разрезанной защитной оболочки 2 отогнутся в сторону от опорного элемента 1 и упадут на поверхность грунта, не повредив надфундаментных конструкций.
На фиг. 1-d показано, что к боковой поверхности опорного элемента 1 выше режущих ножей 9 и с боковым смещением от линии их действия прикреплены упоры 10 со скосом во внешнюю сторону от опорного элемента (по способу 5). Эти скосы необходимы для принудительного отгибания разрезанных продольных полос защитной оболочки 2 сравнительно большой толщины в сторону от опорного элемента 1 к поверхности грунта,
На фиг. 1-е показан процесс выпучивания внешней защитной оболочки 2 из упругопластического материала. В первый год морозного пучения деятельного слоя грунта 4 на величину S легкодеформируемая внешняя защитная оболочка 2 поднимается вверх под воздействием сил смерзания этого грунта (показано пунктирной линией). После оттаивания грунта 4 и возвращения его в исходное положение внешняя защитная оболочка 2 под воздействием упругих свойств материала частично укорачивается, но в первоначальное положение не возвращается, т.к. происходит ее удлинение на величину Р(1) вследствие пластических деформаций материала оболочки 2. Общая длина L(1) защитной оболочки 2 над поверхностью грунта 4 после первого цикла морозного пучения составит L(1)=Р(1).
Во второй год после второго полного цикла морозного пучения деятельного слоя грунта 4 надземная часть защитной оболочки 2 длиной L(1) удлинится дополнительно на величину Р(2). Общая длина L(2) защитной оболочки 2 над поверхностью грунта 4 после второго цикла морозного пучения составит (L2)=Р(1)+Р(2).
Максимальное удлинение L(t) защитной оболочки 2 над поверхностью грунта 4 после t лет эксплуатации фундамента составит L(t)=S+ΣP(t) (фиг. 1-f).
Оболочка, непосредственно контактирующая с грунтом 4, даже с очень большой деформативностью материала за один цикл морозного пучения не может превысить величину морозного пучения грунта. Эта величина (без дополнительного подтока грунтовых вод) никогда не превышает 9% от толщины деятельного слоя грунта глубиной L. При нормативном предельном сроке эксплуатации надземных сооружений 33 года относительное удлинение внешней защитной оболочки 2 составит 33×9%=297%. Упругопластические материалы, рекомендуемые для защитных оболочек, имеют допустимое максимальное пластическое удлинение до 700%. То есть даже при 297% удлинения в конце предельного срока эксплуатации сооружений защитная оболочка 2 не разрушается, сохраняет свою целостность и не теряет свою способность защищать опорный элемент 1 от воздействия сил морозного пучения грунта. Толщина стенки внешней защитной оболочки 2 при этом уменьшится только на 297%:700%×100=42%, например с 10 мм до 5,8 мм. Такая толщина обеспечивает ее прочность от воздействия радиальных напряжений при пучении грунта 4.
Отсюда следует, что предлагаемая конструкция защитного устройства является абсолютно надежной и сохраняет свою работоспособность в течение полного срока эксплуатации сооружений.
Увеличение пластических деформаций упругопластического материала по сравнению с прототипом позволяет уменьшить толщину стенки внешней защитной оболочки или использовать исходный материал меньшей стоимости. То есть использование упругопластического материала позволяет уменьшить стоимость внешней защитной оболочки и повысить экономическую эффективность предлагаемого устройства по сравнению с прототипом и другими известными устройствами.