СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ НАСЫПНОГО СООРУЖЕНИЯ ТИПА ДАМБЫ С ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ДОРОГОЙ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ
METHOD FOR ERECTION OF EARTHFILL STRUCTURE, OF DAM TYPE WITH INSPECTION PATH ON SOFT GROUND

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, а именно к способу возведения насыпного сооружения, и может найти применение при сооружении дамб с эксплуатационной дорогой или автомобильных дорог, сооружаемых на слабых грунтах.
По результатам проведенных патентных исследований видно, что проблема возведения насыпных сооружений в виде дамб или полотен дорог на слабых грунтах является актуальной и недостаточно решенной.
Известен состав для возведения грунтовых насыпных сооружений и оснований под насыпные сооружения шламохранилищ глиноземного производства по патенту RU №2288321, кл. E02D 3/12, публ. 2006.11.27, в котором при создании грунтовых насыпных сооружений - плотин, дамб, полотен автодорог и т.п.используют состав, содержащий оксид кремния, оксиды титана, натрия, фосфора и воду.
Однако известный состав улучшает экологию сооружения, но не предусматривает создание прочного сооружения на слабых грунтах.
Известен способ создания экрана на просадочных грунтах по авторскому свидетельству №1518439, кл. E02B 3/16; публ. 30.10.89, Бюл. №40, включающий укладку двойного пленочного полотнища в виде оболочки, на него встык укладываются и приклеиваются однослойные полотнища, верхний слой оболочки разрезается по стыковому соединению.
Известен способ сооружения противофильтрационного экрана по авторскому свидетельству №1296669, кл. E02B 3/16, публ. 15.03.87, Бюл. №10, включающий отсыпку подстилающего грунтового слоя, укладку и соединение отделочных полотнищ пленки, укладку поверх пленки защитной прокладки из нетканого синтетического материала, отсыпку предохранительного грунтового слоя с заливкой его глинистой суспензией с концентрацией глинистых частиц 0,5-3%.
Однако известные аналоги используют пленочные полотнища, которые не обеспечивают прочность сооружения, так как способны к разрыву, расползанию и деформации.
Известен способ, реализованный обратным фильтром гидротехнического сооружения, описанным в авторском свидетельстве №1491942, кл. E02B 3/16, публ. 07.07.89, Бюл. №25, в котором осуществляется последовательно укладка фильтра: сначала лавсановая ткань, которую соединяют кордовой нитью, в отдельных местах ткань связывается с шагом в 1 м, по ткани раскладывается первый слой геотекстиля, например дорнит, рулоны которого соединяются в отдельных местах высокопрочной нитью, затем укладываются сначала вдоль, затем поперек полотнища полиэтиленовой пленки до 1 м, после чего укладывается второй слой геотекстиля и полотнища полиэтиленовой пленки, затем - третий слой геотекстиля, а сверху на него укладываются железобетонные плиты.
Однако в ближайшем аналоге процесс создания фильтра является сложным и трудоемким, так как в способе используется трехслойная укладка геотекстиля, слои которого соединяются с полиэтиленовой пленкой высокопрочной нитью, которая, однако, со временем приведет к разрыву полиэтиленовой пленки, что, в свою очередь, снижает качество соединения и не обеспечивает надежность эксплуатации фильтра, что исключает возведение на нем насыпного сооружения.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является известный в современном опыте строительства автодорог на болотах (ж-л Автомобильные дороги, №5, мая 2005 г.) способ, в котором описываются методы строительства автодорог с применением геотекстиля и отсыпки насыпи, в которых сама армированная конструкция представляет собой замкнутую форму, образованную двумя слоями геотекстиля и его обратными заворотами.
Недостатками ближайшего аналога являются недостаточная защита основания насыпи от разрушения, а также недостаточная степень фильтрации армированной конструкции.
Технической задачей предлагаемого к патентованию изобретения является создание насыпного сооружения с повышенной прочностью и долговечностью на слабых просадочных грунтах за счет повышения степени защиты основания насыпи от разрушения и устойчивости к воздействию внешних нагрузок от проезжающего по насыпному сооружению транспорта, а также за счет повышения стабильности основания насыпи при фильтрации влаги через тело насыпи.
Задача решается новой совокупностью существенных признаков, позволяющих получить новый полезный технический результат, за счет того, что в способе, включающем двухслойную укладку геотекстиля на грунт, последующие завороты концов геотекстиля с образованием замкнутой формы (признаки сходные с ближайшим аналогом), новым является то, что на естественный природный грунт укладывают сначала первый слой из мягкого геотекстиля с последующей засыпкой на него слоя песка высотой слоя 20-30 см, а концы мягкого геотекстиля заворачивают поверх засыпки от боковых ее сторон ближе к середине ее открытой поверхности на равном расстоянии от боковых сторон засыпки, длину заворотных концов от боковых сторон засыпки задают равной трехкратной высоте песочной засыпки, но не более половины ширины фильтрационного экрана. Второй слой накладывают из жесткого геотекстиля сверху на открытую и закрытую поверхности засыпки, свободно опускают концы жесткого геотекстиля по откосу засыпки с обхватом ее боковых сторон, обжатых мягким геотекстилем, и опускают концы жесткого геотекстиля до уровня естественного природного грунта, располагают на грунте-основании на длину 50-70 см от боковых сторон засыпки с возможностью плотного и прочного прижимания концов жесткого геотекстиля к грунту-основанию, после чего сверху на слой жесткого геотекстиля устанавливают георешетку с последующей засыпкой в ее ячейки слоя из песка, причем засыпку осуществляют на высоту, соответствующую высоте георешетки и выше ее на 5-10 см, затем на георешетку укладывают дренажный слой из щебня фракции 40-70 мм, на последний укладывают дорожный слой из щебня фракции 20-40 мм, причем толщину засыпки дренажного слоя из щебня задают в зависимости от требуемой высоты возводимого насыпного сооружения.
Приведенная совокупность новых существенных признаков в заявляемом техническом решении отсутствует в вышеописанных аналогах и не известна из уровня техники в области гидротехнического строительства, кроме того, в результате научных и экспериментальных исследований, проведенных на побережье Азовского моря при сооружении дамбы с эксплуатационной дорогой на косе Вербяной в Темрюкском районе Краснодарского края, подтверждается возможность использования данного изобретения с получением нового полезного технического результата: повышение упругости, прочности и устойчивости возведенного насыпного сооружения на слабых грунтах, в связи с чем можно сделать вывод, что заявляемый «способ возведения насыпного сооружения типа дамбы с эксплуатационной дорогой на слабых грунтах» является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применим.
Способ поясняется изображенным на чертеже насыпным сооружением, реализованным заявляемым способом, где на фиг.1 показано насыпное сооружение, вид в аксонометрии, на фиг.2 - вид в разрезе.
Насыпное сооружение возводится на естественном природном грунте-основании 1 и состоит из первого слоя 2 мягкого геотекстиля, слоя 3 из песка, второго слоя 4 жесткого геотекстиля, георешетки 5, слоя 6 из песка в ячейках георешетки, дренажного слоя 7 из щебня и дорожного слоя 8 из щебня.
Способ осуществляется следующим образом.
Предварительно на естественном природном грунте-основании 1 разбивают ось трассы для расположения на нем насыпного сооружения в виде дамбы с эксплуатационной дорогой.
2
2
На грунт-основание 1 укладывают сначала первый слой 2 мягкого геотекстиля с поверхностной плотностью, например, 150 г/м, затем насыпают на него слой 3 из песка с высотой слоя 20-30 см, далее засыпку из песка ограничивают по ее боковым сторонам путем заворачивания концов слоя 2 мягкого геотекстиля от боковых сторон засыпки к середине ее открытой поверхности, при этом длину заворотных концов мягкого геотекстиля от боковых сторон засыпки задают равной трехкратной высоте песочной засыпки, но не более половины ширины фильтрационного экрана. Сверху на открытую и закрытую поверхность засыпки из песка и на заворотные концы слоя 2 мягкого геотекстиля накладывают второй слой 4 жесткого геотекстиля с поверхностной плотностью, например, 500 г/м, при этом его боковые концы свободно опускают по откосу засыпки с обхватом ее боковых сторон, обжатых мягким геотекстилем, опускают концы жесткого геотекстиля до уровня естественного природного грунта, располагают на грунте-основании 1 на длину 50-70 см от боковых сторон засыпки, что является достаточным для прочного прижимания концов жесткого геотекстиля к грунту 1, тем самым увеличивается плотность засыпки в замкнутом контуре фильтрационного экрана (при менее 50 см длины крепление концов жесткого геотекстиля к грунту слабое, а более чем 70 см длины приводит к большому расходу жесткого геотекстиля).
2
2
Созданный, таким образом, фильтрационный экран с разной поверхностной плотностью геотекстиля (150 г/м и 500 г/м соответственно), с засыпкой между его слоями песка обладает улучшенной водопроницаемостью, устойчивостью к выносам наносов и фильтрации влаги, является прочным и устойчивым основанием, на которое поверх слоя 4 жесткого геотекстиля устанавливают георешетку 5, засыпают в ее ячейки слой 6 из песка, причем засыпку осуществляют на высоту, соответствующую высоте георешетки 5 и выше ее на 5-10 см, что обеспечивает максимальную плотность песка, засыпанного в ячейки георешетки.
Далее на георешетку 5 с находящейся в ее ячейках засыпки из песка укладывают дренажный слой 7 из щебня, причем для стабильного прохождения влаги через этот слой задают фракцию щебня 40-70 мм, а толщину дренажного слоя определяют в зависимости от заданной высоты воздвигаемого насыпного сооружения. Далее на дренажный слой укладывают дорожный слой 8 из щебня фракции 20-40 мм для предотвращения расслоения дорожного слоя при толщине засыпки 15-20 см, таким образом, образуется водопроницаемое насыпное сооружение, прочное, упругое к деформациям при прохождении по нем транспорта и устойчивое на слабых и просадочных грунтах
Использование в способе мягкого и жесткого геотекстиля с разной поверхностной плотностью обеспечивает облегченный заворот слоя мягкого геотекстиля поверх засыпки из песка и одновременно позволяет осуществить наиболее плотное обжатие засыпки, в результате создается многослойное насыпное сооружение.
Засыпка на первый слой мягкого геотекстиля слоя из песка высотой 20-30 см является оптимальной для удержания песка между слоями мягкого 2 и жесткого 4 геотекстиля в фильтрационном экране, что способствует стабильности работы фильтрационного экрана и насыпного сооружения в целом. При взятии засыпки из песка менее 20 см возникают осадочные деформации насыпного сооружения, при которых вышележащая георешетка входит в соприкосновение с грунтом-основанием 1, что приводит к его разрушению. При взятии засыпки из песка более чем 30 см давление песка на слой геотекстиля по боковым сторонам засыпки превышает прочность материала на растяжение и приводит к разрыву геотекстиля и вымыванию песка из засыпки.
Засыпка песка в ячейки георешетки на высоту георешетки и выше на 5-10 см является оптимальной для достижения максимальной плотности песка в ячейках георешетки, в то время как менее 5 см - засыпка является недостаточной, так как ячейки деформируются от идущего по насыпному сооружению транспорта, а взятие засыпки более чем 10 см приводит к образованию излишней прослойки песка над верхней гранью георешетки, которая имеет возможность вымываться из-под дренажного слоя из щебня.
Укладка дренажного слоя из щебня, взятого фракции 40-70 мм, является достаточной (оптимальной) для стабильного прохождения влаги через этот слой, что способствует повышению фильтрационных свойств насыпного сооружения. При фракции щебня менее 40 мм не обеспечивается эффективное дренирование насыпного сооружения, так как такие частицы способны легко проникать сквозь песок, что приводит к нарушению целостности ячеек георешетки, также при взятии фракции более 70 мм приводит к неравномерным локальным нагрузкам на слои геотекстиля и георешетку, что вызывает их разрушение.
Укладка на дренажный слой дорожного щебня фракции 20-40 мм обеспечивает дорожному насыпному полотну сооружения повышенную упругость и прочность, а при фракции менее 20 мм приводит к расслоению дорожного слоя из-за просыпания частиц из дренажного слоя 7 в дорожный слой 8 под действием нагрузки проезжающего транспорта, а при фракции более 40 мм возникают неравномерные локальные нагрузки на все нижележащие слои насыпного сооружения, что приводит к его разрушению.
В результате проведенных экспериментальных исследований возведенное данным способом насыпное сооружение типа дамбы с эксплуатационной дорогой обеспечивает высокую эксплуатационную способность, при которой при прохождении транспорта по насыпному сооружению не происходит больших осадочных деформаций, не образуется колеи от колес транспорта. Полученный технический эффект обуславливается тем, что возведенная заявляемым способом многослойная конструкция является достаточно упругой и прочной и способна выдерживать многократную нагрузку от проходящего по ней транспорта с грузом общей массой до 80 тонн. При этом сооружение совершенно не подвергается расслоению, размыву и вымыванию мелких фракций из его тела.
Предлагаемый к патентованию «способ возведения насыпного сооружения типа дамбы с эксплуатационной дорогой на слабых грунтах» по сравнению с ближайшим аналогом и другими известными и описанными выше аналогами обеспечивает создание прочного, упругого к деформациям и долговечного насыпного сооружения на слабых грунтах, которое устойчиво к воздействию внешних нагрузок от проезжающего по насыпному сооружению транспорта, машин и механизмов.
Данный способ повышает стабильность основания насыпи при фильтрации влаги через тело насыпи, что исключает ее разрушение в процессе эксплуатации насыпного сооружения и обеспечивает такому сооружению долговечность.
За счет использования в заявляемом способе в небольшом количестве природных материалов, являющихся недорогостоящими, а также за счет уменьшения до минимума осадки насыпного сооружения и уменьшения затрат на ремонт и его содержание экономятся трудоэнергоматериальные затраты на его возведение и эксплуатацию.
Преимуществом заявляемого способа по сравнению с другими известными аналогами также является то, что данный способ может быть использован при строительстве насыпных сооружений на слабых илистых, просадочных грунтах, в плавнях, в болотистых местностях, а также для защиты морских побережий от волнового воздействия и для аккумуляции песчаных наносов.
В результате явных преимуществ заявляемого способа по сравнению с известными аналогами в данной области науки и техники, по мнению заявителей, предлагаемый к патентованию «способ возведения насыпного сооружения типа дамбы с эксплуатационной дорогой на слабых грунтах» соответствует всем критериям его патентоспособности.