БЕСШОВНАЯ ГЕОРЕШЕТКА С ЯЧЕИСТОЙ СТРУКТУРОЙ ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА И ЗАГОТОВКА ДЛЯ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
SEAMLESS GEOGRID WITH CELLULAR STRUCTURE TO REINFORCE SOIL AND BLANK FOR ITS PRODUCTION

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям георешеток, и может быть использовано для укрепления береговых линий и русел водоемов, откосов, конусов мостов, подпорных стенок в нефтегазовой, транспортной, гидротехнической и других отраслях строительства, требующих от георешеток повышенных стабильных показателей по прочности и долговечности.
Из уровня техники широко известна георешетка типа «ГЕОВЕБ» для укрепления откосов, выполненная в виде соединенных между собой в шахматном порядке с заданным шагом по их боковым поверхностям лент из полимерного материала, фиксируемых на откосе в растянутом положении с образованием ромбовидных ячеек (см патент РФ RU 2152479, E02D 17/20, 2000 г.).
Известна также георешетка, образованная полосами из полимерного материала, расположенными на полимерном основании с образованием заполняемых сыпучим материалом ячеек с частично отогнутыми против направления уклона откоса стенками (см. патент Швейцарии CH 652155, E02D 17/20, 1985 г.).
Известна георешетка из полимерного материала с ромбовидными ячейками, которые образованы соединенными между собой перфорированными полимерными лентами при растяжении георешетки, при этом положение ячеек на откосе зафиксировано анкерами, а сами ячейки заполнены сыпучим материалом (см. патент Японии JP 56016730, E02D 17/20, 1981 г.).
Известные конструкции георешеток для укрепления грунтовых сооружений не в полной мере решают задачу закрепления материала на откосе в связи с возможным смещением георешетки вниз по откосу под воздействием материала заполнения как во время размещения материала в ее ячейках, так и в процессе эксплуатации после размещения материала заполнения ячеек, в качестве которого может быть использована торфопесчаная смесь, щебень или комбинация различных сыпучих материалов, следствием чего является потеря заданного профиля откоса за счет образования у его основания скопления засыпаемого в ячейки материала.
Из уровня техники известна заготовка для растягивающейся георешетки, выполненная из листового материала, в котором выполнены щелевые отверстия преимущественно сегментовидной формы (допускается также линейная форма) в виде рядов со смещением соседних рядов относительно друг друга (см. патент РФ RU 2090702, 20.09.1997). На концах упомянутых щелевых отверстий могут быть выполнены упрочняющие элементы в виде зон утолщений. Георешетку получают путем растягивания заготовки с образованием объемной ячеистой структуры. Недостатком данной заготовки является то, что при ее растягивании происходит пластическая деформация материала листа, которая может привести к неравнопрочности георешетки. Кроме того, поскольку в заготовке использованы щелевые отверстия, в растянутом состоянии толщина перегородок (расстояния между краями соседних отверстий) в разный частях образованной ячейки будет неодинаковой. Более тонкие части перегородок являются концентраторами напряжений, что снижает прочность решетки на разрыв.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является листовая заготовка, полученная из нее бесшовная георешетка, а также способ ее получения, описанные в разделе «Уровень техники» патента РФ RU 2090702, 20.09.1997. Заготовка выполнена в виде полимерного листа с разрезами, расположенными со смещением. Бесшовная георешетка получена растягиванием данной заготовки. Недостатком наиболее близкого аналога также является низкая прочность решетки на разрыв, поскольку при растягивании заготовки концы щелевых разрезов являются концентраторами напряжений.
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков известных аналогов.
Технический результат заключается в повышении прочности решетки на разрыв и снижении трудоемкости ее изготовления.
Указанный технический результат достигается в заготовке для получения бесшовной георешетки за счет того, что заготовка для получения бесшовной георешетки выполнена из гибкого листового материала, в котором выполнены разрезы, имеющие центральную часть в виде отрезка прямой линии и две концевые части в форме дуги, при этом центральные части разрезов расположены рядами со смещением линий разрезов соседних рядов вдоль направления разрезов, на концевых частях разрезов выполнены зоны утолщений, причем толщина заготовки в указанных зонах утолщений составляет до 300% от толщины основной части листового материала.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частных случаях реализации заготовки за счет того, что:
- на концевых частях разрезов выполнены зоны утолщений, причем толщина заготовки в указанных зонах утолщений составляет до 300% от толщины основной части листового материала,
- концевые части обеспечивают поворот разрезов на угол 90° относительно центральной части,
- заготовка выполнена из полимерного материала,
- зоны утолщения концевых частей разрезов выполнены в плане в форме круга или овала,
- заготовка содержит дополнительные зоны утолщения, выполненные в зоне центральных частей разрезов,
- толщина заготовки в указанных дополнительных зонах утолщения составляет до 300% от толщины основной части листового материала,
- заготовка выполнена в виде полосы,
- листовой материал армирован нитью или сеткой,
- использована армирующая арамидная или углеродная нить,
- центральные части разрезов имеют одинаковую длину L,
1
2
N
- соседние центральные части разрезов в одном ряду (R, R, … R) выполнены на расстоянии S между их концами, при этом отношение S/L=К1, где К1 составляет от 0,1 до 0,5, предпочтительно от 0,3 до 0,35,
1
2
N
- центральные части разрезов соседних рядов (R, R, … R) выполнены на расстоянии D друг от друга, при этом отношение D/L=К2, где К2 составляет от 0,1 до 0,7,
- концевые части разрезов выступают на длину L1 относительно центральной части, причем L1 составляет от 1/10L до 1/15L,
- в заготовке выполнены дополнительные отверстия для тросов для закрепления георешетки на склоне в растянутом состоянии,
1
2
N
- дополнительные отверстия для тросов расположены между соседними разрезами одного ряда (R, R, … R),
- вокруг дополнительных отверстий выполнены зоны утолщения, при этом толщина заготовки в указанных зонах составляет до 300% от толщины основной части листового материала,
- в заготовке выполнены дополнительные дренажные отверстия,
- листовой материал выполнен текстурированным,
- разрезы выполнены лазерной резкой или вырубкой.
Указанный технический результат достигается в конструкции бесшовной георешетки, которая включает по меньшей мере одну упомянутую заготовку, растянутую в направлении, перпендикулярном линиям центральных частей разрезов, с образованием объемной ячеистой конструкции.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частных случаях реализации конструкции георешетки за счет того, что:
- через заготовку протянут по меньшей мере один трос для закрепления решетки на склоне,
- георешетка выполнена из нескольких заготовок, образующих секции решетки и соединенных между собой упомянутым тросом,
- георешетка выполнена из нескольких заготовок, образующих секции решетки и соединенных между собой ультразвуковой сваркой или металлическими скрепками,
- георешетка выполнена с возможностью заполнения ячеек наполнителями в виде песка, и/или щебня, и/или торфопесчаной смеси, и/или бетона,
- георешетка дополнительно имеет подложку из геотекстильного материала.
Изобретение поясняется представленными чертежами, где:
на фиг. 1 показана заготовка для получения бесшовной георешетки;
на фиг. 2 показан общий вид разреза заготовки;
на фиг. 3-5 показаны варианты выполнения зоны разреза заготовки;
на фиг. 6 показана конструкция бесшовной георешетки (заготовки в растянутом состоянии).
Заявленная заготовка для получения бесшовной георешетки (см. фиг. 1) выполнена в виде гибкого листового материала (1), в частности полимерного материала, ткани на основе химических волокон (углеволокно, стекловолокно) или другого типа материала. В листовом материале (1) выполнены разрезы 2 (см. фиг. 1), формирующие ячейки. Указанные разрезы (2) образованы центральной частью (3) в виде отрезка прямой линии и двумя концевыми частями (4) в виде линий, имеющих форму дуги и обеспечивающих скругление (поворот) концов разрезов (2) (см. фиг. 2-5).
Такая конфигурация позволяет наиболее оптимально перераспределить нагрузки в георешетке в области концевых участков разрезов и, как следствие, повышает прочность конструкции на разрыв.
В частном варианте реализации конструкции концевые части (4) выполнены с обеспечением поворота разрезов на угол 90°, т.е. концевая часть имеет на конце участок, перпендикулярный центральной части (3). Однако возможны и другие варианты ориентации концов разреза (2).
1
2
N
Центральные части (3) разрезов (2) расположены рядами (R, R, … R) со смещением линий разрезов соседних рядов вдоль направления разрезов (см. фиг. 1). Концевые части разрезов предпочтительно направлены в одну сторону.
На концевых частях (4) разрезов (2) предпочтительно выполнены зоны утолщений (5) (см. фиг. 3). Указанные зоны утолщений (5) могут иметь в плане (в продольном сечении) форму круга или овала. Возможны также иные варианты формы.
В предпочтительном варианте изобретения в заготовке могут быть выполнены дополнительные утолщения (6) в зоне центральной части (3) разреза (2). Указанные утолщения (6) могут быть выполнены в форме ободка, проходящего вдоль линии центральной части (3) разреза (см. фиг. 4), или в форме сплошного прямоугольника в плане (см. фиг. 5). Толщина листа в зонах утолщения составляет до 300% от толщины остальных частей листового материала. Указанные утолщения (5, 6) обеспечивают дополнительное упрочнение зоны разреза (2), что повышает прочность георешетки на разрыв.
1
2
N
1
2
N
Центральные части (3) разрезов (за исключением разрезов у края листа) выполнены одинаковой длины L на одинаковом расстоянии S между концами соседних разрезов каждого ряда (R, R, … R) (в продольном направлении) и на одинаковом расстоянии D между разрезами соседних рядов (R, R, … R) (в поперечном направлении). При этом отношение S/L=К1, где К1 составляет от 0,1 до 0,5, наиболее предпочтительно от 0,3 до 0,35, а отношение D/L=К2, где К2 составляет от 0,1 до 0,7.
Коэффициенты К1 и К2 выбираются из указанных диапазонов в зависимости от конкретных условий использования георешетки. Например, при укреплении с помощью заявленной решетки откосов с углом уклона 45° коэффициент К2 выбирается равным 0,7, для откосов с углом уклона 30° - К2=0,2.
Концевые части (4) разрезов (2) предпочтительно выступают на длину L1 относительно центральной части (3) (см. фиг. 1), причем L1 составляет от 1/10L до 1/15L.
1
2
N
В предпочтительных вариантах реализации изобретения в листовом материале 1 выполнены дополнительные отверстия (7) для тросов (см. фиг. 1, 6), предназначенные для закрепления георешетки в растянутом состоянии, например, на склоне. Отверстия (7) для тросов расположены на рядах (R, R, … R) между разрезами (2). Вокруг указанных отверстия может быть выполнены зоны утолщения (8) в форме круглых ободков.
Кроме того, в листе 1 могут быть также выполнены дренажные отверстия (8) (см. фиг. 6), предназначенные для отвода воды из грунта, укрепляемого георешеткой.
В частном варианте реализации изобретения лист (1) из гибкого материала может быть дополнительно армирован высокопрочными нитями в зонах (9), например арамидными («Кевлар», «СВМ»), углеродными («Карбон») или другими, увеличивающими прочность заготовки в поперечном и продольном направлениях, что делает ячеистую конструкцию георешетки равнопрочной из-за отсутствия в ней неармированных сварных швов.
Кроме того, поверхность листового материала (1) заготовки может быть выполнена текстурированной для улучшения сцепления георешетки с грунтом.
Лист (1) может быть выполнен из цветного материала, что позволит использовать растянутую георешетку в рекламных или информационных целях.
Разрезы (2) листового материала (1) выполняют предпочтительно по технологии лазерной резки, что дает конструкции дополнительное упрочнение за счет оплавления кромки разреза и, тем самым, устранения микроповреждений на кромке. Также возможно выполнение разрезов (2) вырубкой с помощью штампа.
Лист заготовки в транспортном состоянии может сматываться в двухслойный рулон вместе с геотекстильным материалом, образующим подложку (11) для георешетки (см. фиг. 6), причем геотекстиль имеет мелкие складки, что позволяет ему растягиваться при растяжении полосы таким образом, что бы он был полностью расправленным при установке георешетки на склоне.
Георешетку получают из одной или нескольких упомянутых заготовок путем растягивания (предпочтительно без пластической деформации) в направлении, перпендикулярном линиям центральной части (3) разрезов (2), с получением объемной ячеистой конструкции, в которой образованные при раскрытии заготовки ячейки георешетки соединены шейками (10) (см. фиг. 6). При этом концы решетки фиксируют на грунте с помощью анкеров. При использовании нескольких заготовок (секций георешетки) крайние отверстия соседних секций совмещают друг с другом и через них протягивают тросы, которые соединяют соседние секции и одновременно закрепляют георешетку. Также возможно соединение секций с помощью ультразвуковой сварки, металлических скрепок или других соединительных элементов.
В зависимости от назначения конструкции ячейки георешетки заполняют различными наполнителями: песком, щебнем, торфопесчаной смесью, бетоном и т.д.
Использование предлагаемой конструкции заготовки и полученной из нее георешетки позволяет обеспечить следующие преимущества:
- уменьшить степень вымывания заполнителя георешетки, что особенно важно при укреплении склонов,
- расширить возможности применения георешетки в новых областях, требующих повышенных показателей, например на откосах и в конусах мостов железных и автомобильных дорог, в защитных сооружениях трубопроводов, земляных насыпей, берегоукреплении и т.д.,
- повысить прочность конструкции по сравнению с объемными георешетками, полученными сваркой полимерных полос,
- существенно увеличить дренирующую способность конструкции,
- снизить цену монтажа конструкции,
- при заполнении ячеек бетоном возможно использовать георешетку для подъема по склону по образующимся ступеням,
- кроме того, дополнительно возможно использование сооружения из георешетки в качестве информационного или рекламного панно.
Следует отметить, что заявленное изобретение не ограничено частными вариантами реализации, приведенными в описании. Возможны также любые дополнительные усовершенствования изобретения, не выходящие за рамки предложенной совокупности существенных признаков.