БЕРЕГОЗАЩИТНОЕ, ОТКОСОУКРЕПИТЕЛЬНОЕ И ПОДПОРНО-УДЕРЖИВАЮЩЕЕ СООРУЖЕНИЕ КОЖИНА Ю.П., КАДУКИНА В.И., АЗАРСКОГО А.И. Российский патент 1995 года по МПК E02B3/06 

Изобретение относится к гидротехническому строительству, к строительству инженерных сооружений по укреплению откосов, косогоров, склонов, а также удерживающих подпорных стен, а конкретно - к берегозащитному, откосоукрепительному и подпорно-удерживающему сооружению.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является сборная стенка причальной набережной.

Сборная стенка содержит ограждающие плиты, вмонтированные в лицевые балки контрфорсных ферм с треугольными рамами, причем как ферма, так и ее рамы выполнены треугольного равностороннего очертания. Установленные в линию набережной контрфорсные фермы соединены закладными брусьями, расположены на расстоянии друг от друга по длине стены до 2,0 метров, причем ограждающие плиты выполнены 2-х типов, а именно: выше горизонта воды - железобетонные, ниже горизонта воды - деревянные.

Длина фермы - 11,25 м, высота - 7,1 м. Недостатки данного технического решения:
- контрфорсные фермы требуют спецсредств по их доставке и монтажным работам, что ограничивает их применение;
- конструкция требует больших объемов засыпки набережной, а также разработки грунта под стенку, что удорожает строительство;
- контрфорсные фермы слабо вовлекают пассивный отпор грунта из-за прямоугольного сечения ее балок;
- применение деревянных щитов ведет к их быстрому гниению, что влечет к дополнительным затратам по их ремонту и замене;
- железнодорожные плиты требуют значительного расхода железобетона;
- контрфорсные фермы требуют расхода товарного бетона и металла, что удорожает стоимость строительства;
- деревянные щиты обводняют грунт засыпки, что ухудшает работу сооружения в целом;
- для компенсации удерживающего момента установлены подошвенные брусья между рамами, что требует дополнительного расхода железобетона;
- значительная распластанность конструкции контрфорсных ферм по сечению сооружения;
- конструкция не оговаривает о заглублении ее подошвенных балок на глубину размыва;
- велики затраты железобетона - 3 м³ на один погонный метр;
- сооружение ограничено в своем применении и не может использоваться для более глубоких водоемов, т.к. она в этом случае потребует еще больших габаритных размеров.

Цель изобретения - сокращение объема и сроков строительства, повышение экономичности, универсальности и надежности работы сооружения за счет применения сборных рамно-пленочных или обычных разрезных облицовочных плит.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемое сооружение снабжено трапецеидальными лицевыми, нижними, тыловыми брусьями, закладными деталями и выполнено из облицовочных плит рамной прямоугольной или квадратной формы в плане с жестко заделанными по периметру в каждую из рам пленочными полимерными армированными материалами, размещенными вдоль прорезей выполненных на откосе, причем плиты выполнены примыкающими друг к другу по длине сооружения, оперты и жестко закреплены как к лицевым трапецеидальным брусьям контрфорсных рам, так и между собой посредством анкерных связей и закладных деталей по вершинам каждой из смежных плит и в средней части по их длине, при этом лицевые трапецеидальные брусья жестко скреплены с однотипными нижними и тыловыми брусьями соединительными связями с сопряжением брусьев друг с другом их торцевыми ребрами со стороны их зауженных трапецеидальных граней и образуют по каждому контрфорсному ряду в сечении сооружения последовательно смонтированные в вертикальной плоскости и примыкающие друг к другу торцевыми ребрами уширенных граней сопрягаемых нижних и тыловых брусьев контрфорсные рамы с ориентацией лицевых брусьев рам и облицовочных плит в плоскости откоса, причем контрфорсные рамы прилегающего к основанию нижнего ряда заглублены на неразмываемую глубину - h_p ниже горизонта меженных вод, а нижние брусья примыкают друг к другу спаренными уширенными гранями, и каждый ряд контрфорсных рам вмонтирован в прорези, нарезанные по откосу на расстоянии, равном длине облицовочных плит, кроме того места соединения плит между собой заделаны бетоном, а прорези с установленными в них контрфорсными рамами заполнены местным или дренирующим грунтом, при этом жестко заделанные в раму полимерные материалы вмонтированные по периметру в трапецеидальные пазы прямоугольной или квадратной формы в поперечном сечении плит, причем нисходящие грани пазов направлены в сторону полимерных материалов, а пазы заполнены бетоном, причем облицовочные плиты наклонены в вертикальной плоскости под острым углом, помимо указанного, по каждому контрфорсному ряду по сечению сооружения смонтированы и жестко закреплены к лицевым брусьям контрфорсных рам направляющие накладные балки таврового сечения, удерживающие своими полками концевые части ограждающих рамно-пленочных или разрезных плит, опертые на лицевые уширенные грани брусьев контрфорсных рам, при этом направляющие балки и лицевые брусья контрфорсных рам скреплены посредством анкерных связей, причем при размещении рам на плотных или скальных основаниях, нижний брус нижней рамы закреплен к скальному основанию на анкерах, а при слабых основаниях - нижняя рама заглублена в основание сооружения, кроме того разрезные плиты выполнены профилированными с волнообразным очертанием по нижним граням за исключением их опорных частей, в свою очередь, брусья контрфорсных рам выполнены из утилизированных, отбракованных или новых железобетонных шпал.

Сопоставительный анализ данного технического решения с прототипом показывает, что оно отличается от прототипа тем, что контрфорсные треугольные рамы по предложенному решению выполнены по каждому ряду в сечении сооружения последовательно смонтированными, с количеством не менее двух, и при этом, с меньшей периметральной площадью каждая, причем сопрягаемые друг с другом их вершинами при лицевых брусьях, при этом лицевые брусья контрфорсных рам расположены в плоскости откоса, а рамы размещены в прорезях с вертикальной их установкой на расстоянии, равном длине ограждающих плит.

Раздельное же выполнение контрфорсных рам не требует спецсредств по доставке и монтажу последних, т.е. упрощает их доставку и монтаж. Выполнение же контрфоpсных рам из однотипных брусьев обеспечивает простоту их сборки на объекте и не требует сложной опалубки для их изготовления, монолитного бетона и арматуры, учитывая, что брусья рам изготовлены из утилизированных, отбракованных или новых железобетонных шпал.

Профилированное очертание трапецеидальных в сечении железобетонных шпал, используемых в качестве брусьев, вовлекает значительный отпор грунта при расчете на устойчивость конструкции. Размещение же нижних рам и плит ниже горизонта меженных вод не требует устройства противоразмывного зуба, так как они сами выполнят эту роль с меньшими стоимостными затратами. Облицовочные же плиты, выполненные в виде рам прямоугольных или квадратных с накрывочным слоем из полимерных армированных материалов и защемленных по периметру каждой рамки облицовочных плит, снижают стоимость конструкции за счет снижения расхода железобетона.

В вариантном исполнении при использовании конструкции по укреплению берегов откосов, склонов, косогоров, а также в качестве удерживающих подпорных стен конструктивное исполнение раздельных контрфорсных рам не требует исполнения глубоких прорезей, практически не выполнимых без их крепления, что удешевляет строительство и требует их глубины в 4 раза меньше, чем по прототипу, с другой стороны размещение по прототипу рам на расстоянии до 2-х метров и установка подошвенных брусьев требует разработки грунта на всю длину контрфорса, что увеличивает земляные работы в десятки раз, в сравнении с прорезями по предложенному решению, где потребность их разработки и засыпки ничтожно мала.

Облицовочные же плиты, закрепляемые к лицевым брусьям рам посредством направляющих накладных балок, снижают расходы по сравнению с традиционными методами защиты откосов, склонов, косогоров подпорными стенами, при этом балки не только удерживают плиты, но и распределяют давление грунта по высоте сооружения, обеспечивая единую работу сооружения в целом.

Выполнение же направляющей балки таврового сечения увеличивает ее жесткость при расчете на изгиб.

Размещение нижних рам на плотном (скальном) основании и заделанных анкерами в скальный грунт повышает устойчивость на опрокидывание и не требует разработки фундаментного грунта, а при слабых основаниях заглубленные нижние рамки и плиты на заданную глубину защемляют сооружение с вовлечением пассивного отпора грунта по передней грани стены, при этом спаренные брусья по нижней раме каждого ряда увеличивают сопротивление среза за счет профилированной поверхности, и наконец, наклон облицовочных плит к вертикали образует острый угол, обусловленный величиной активного давления грунта, наличия сцепления и угла внутреннего трения, сейсмическими нагрузками и временной подвижной нагрузки по верху предлагаемых всех сооружений.

В свою очередь пазы в рамках плит, выполненные трапецеидального очертания нисходящими боковыми гранями в сторону полимерных материалов, обеспечивают надежное защемление концевой заделки последних, с учетом бетона в пазах. При значительном активном давлении применение обычных облицовочных плит за счет веса повышает устойчивость конструкции, а волнообразная нижняя поверхность повышает сопротивление смещению.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие критерию "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники, признаки, отличающие предлагаемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают предлагаемому решению соответствие критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 изображено берегозащитное сооружение, вид сбоку; на фиг.2 - откосоукрепительное и подпорно-удерживающее сооружения на плотных основаниях, вид сбоку; на фиг.3 - то же, на слабых основаниях; на фиг.4 - вариант берегозащитного сооружения, вид сбоку; на фиг.5 - вид А-А на фиг.1,2,3,4; на фиг.6 - разрез Б-Б на фиг.5; на фиг.7 - разрез С-С на фиг.5; на фиг.8 - вид Д-Д на фиг.1,2,3,4; на фиг.9 - разрез Е-Е на фиг.8; на фиг.10 - разрез Г-Г на фиг.8 (вариант); на фиг.11 - разрез С-С на фиг.8 (вариант).

Берегозащитное, откосоукрепительное и подпорное удерживающее сооружение содержит: облицовочные плиты 1,1' рамной прямоугольной или квадратной конфигурации с жестко заделанными в каждую из рам 2 пленочных армированных полимерных материалов 3 по их периметру, причем плиты 1,1', набранные в карты с примыканием друг к другу по длине сооружения, оперты и жестко закреплены как к лицевым профилированным трапецеидальным брусьям 4 контрфорсных рам 5,5', так и между собой, посредством анкерных связей 6 и закладных деталей 7 по вершинам 8 каждых смежных плит 1,1' и в средней части по их длине, в свою очередь лицевые профилированные трапецеидальные брусья 4 жестко скреплены с однотипными нижними 9 и тыловыми 10 брусьями соединительными связями 11 с сопряжением брусьев 4,9,10 между собой их торцевыми ребрами 12 со стороны их зауженных 13 граней, образуя по каждому контрфорсному ряду 14 в сечении сооружения, последовательно смонтированные один за другим в вертикальной плоскости и примыкание друг к другу торцевыми ребрами 15 подошвенных уширенных граней 16 сопрягаемых нижних 9 и тыловых 10 брусьев контрфорсные малые треугольные рамы 5,5' с ориентацией лицевых брусьев 4 рам 5,5' в плоскости откоса 17 и облицовочных плит 1,1', помимо указанного, нижние контрфорсные рамы 5' каждого ряда 14 заглублены на неразмываемую глубину- hp ниже ГМВ-горизонта меженных вод со смонтированными на них облицовочными плитами 1', при этом нижние брусья 9 выполнены спаренными 18 уширенными 16 гранями, и наконец, каждый ряд 14 контрфорсных рам 5,5' вмонтирован в прорези 19 по откосу 17 на заданном расстоянии, равном длине облицовочных плит 1,1', узлы же по вершинам 8 каждых смежных плит 1,1' в местах их жесткой заделки закладными деталями 7 заделаны бетоном 20, а прорези 19 заполнены местным иди дренирующим грунтом 21 по мере установки контрфорсных рам 5,5'. В вариантном же исполнении устройства ограждающих конструкций по укреплению откосов, склонов, косогоров и подпорно-удерживающих стен по каждому контрфорсному ряду 14 смонтированы по сечению сооружения и жестко закреплены к лицевым 4 брусьям контрфорсных рам 5,5' направляющие балки 22 таврового сечения, удерживающие своими полками 23 раму 2 ограждающих плит 1,1', опираемых на лицевые брусья 4, уширенными гранями 16 контрфорсных рам 5,5', при этом направляющие наклонные балки 22 и лицевые брусья 4 контрфорсных рам 5,5' скреплены анкерными связями 24, количество же контрфорсных рам 5,5' в ряду 14 по сечению сооружения не менее двух, при этом при плотных (скальных) основаниях 25 нижний брус 26 нижней рамы 5' закреплен к скальному основанию 25 на анкерах 27, а при слабых основаниях 25' нижняя рама 5' заглублена в основание 25' на заданную глубину по типу вышеописанного берегозащитного сооружения, причем контрфорсные рамы 5,5' выполнены из утилизированных, отбракованных или новых железобетонных шпал.

В свою очередь, прямоугольные рамы 2 облицовочных плит 1,1' содержат трапецеидальные пазы 28 по периметру с нисходящими боковыми гранями 29 в сторону полимерного армированного материала 3 и бетонную заделку 30 последних, кроме того облицовочные плиты 1,1', как вариант при защите откосов, косогоров, склонов и подпорно-удерживающих стен выполнены из обычных разрезных плит 31 с профилированной волнообразной нижней гранью 32, исключая опорные части.

Берегозащитное, откосоукрепительное и подпорно-удерживающее сооружение работает следующим образом:
1. Работа берегозащитного сооружения.

При ГМB - горизонте меженных вод конструкция берегозащитного сооружения из рамных прямоугольных или квадратных плит 1,1' , воспринимая нагрузку от подвижного транспорта и давления, приходящегося на тыловые брусья 10 рам 5,5' по каждому контрфорсному ряду 14, стремится вывести их из положения равновесия за счет опрокидывающего момента вокруг нижней части рамных плит 1,1', заглубленных ниже ГМВ - горизонта меженных вод, на неразмываемую глубину hp, а также сместить их в горизонтальной плоскости в сторону водной среды, однако рамные плиты 1,1' находятся в устойчивом положении, учитывая, что они жестко закреплены к лицевым брусьям 4 контрфорсных рам 5,5', на анкерных связях 6, а последние при этом заглублены в прорези 19 и засыпаны местным или дренирующим грунтом 21, обеспечивая тем самым получение удерживающего момента не только за счет их веса, но увеличения пассивного отпора по боковым граням нижних брусьев 9 по всем контрфорсным рядам 14 с контрфорсными рамами 5,5', причем засыпка прорезей 19 дренирующим материалом не только снимает гидростатическое давление за счет падения пьезометрической кривой, но и увеличивает сопротивление смещению грунта 21 прорехи 19 с грунтом откоса, кроме того жесткое соединение рамных плит 1,1' по их вершинам 8 между собой на закладных деталях 7 и омоноличивание мест сопряжения бетоном 20 обеспечивает жесткость узлов сопряжения как рамных плит 1,1', так и контрфорсных рам 5,5' в местах их стыковки и единую их работу с обеспечением водонепроницаемости в этих узлах.

Помимо указанного, соединительные связи 11 между брусьями 4,9,10 обеспечивают жесткость самих контрфорсных рам, кроме этого берегозащитное сооружение устойчиво и в горизонтальной плоскости действия сил за счет вовлечения пассивного отпора, вовлекаемого тыловыми брусьями 10 (их боковыми профилированными гранями), а также выполнением спаренных брусьев 18 по нижним брусьям 9 контрфорсных рам 5 за счет их профильной поверхности по основанию рам 5. Активное давление грунта, приходящееся на пленочный армированный материал 3 по рамным плитам 5,5', компенсировано его прочностными характеристиками и жесткой заделкой его по периметру в пазах 28 рамы 5,5' бетоном 30, при этом нисходящие грани пазов 29 рам 5,5' обеспечивают заклинивание полимерного материала и бетонного их омоноличивания 30 и компенсацию выдергивающих нагрузок.

Помимо указанного контрфорсные рамы 5,5', последовательно смонтированные в вертикальные ряды 14 один за другим в сечении сооружения с ориентацией их лицевых брусьев 4 в плоскости откоса 17, обеспечивают минимальный объем земляных работ, как по разработке так и отсыпке, что удешевляет стоимость и снижает сроки строительства, кроме того рамы 5,5', выполненные из утилизированных отбракованных или новых шпал снижают себестоимость продукции за счет их малой стоимости в особенности по утилизированным и отбракованным шпалам. Сборка рам 5,5' из шпал упрощает монтажные работы, не требуя специальных грузоподъемных и транспортных средств в соответствии с прототипом.

Заглубление нижних контрфорсных рам 5' и рамных плит 1' ниже ГМВ - горизонта меженных вод на неразмываемую глубину - h_p из однотипных конструкций, соответствующих откосным конструкциям из плит 1 и рам 5, снижает типоразмерность сооружения, не требуя разнородных механизмов, в частности машин по забивке зуба-шпунта или массивного зуба из бетона, и также удешевляет стоимость строительства при этом за счет снижения механовооруженности объекта по строительству сооружения.

Для компенсации сдвигающих усилий при плотных (скальных) основаниях 25 ниже нижних контрфорсных рам 5', последние закреплены на анкерах 26 к плотному основанию 25, не требуя при этом устройства зуба и спаренных брусьев 18, а лишь нижнего бруса 9. И наконец, наклон лицевых брусьев рам 5,5' и соответственно рамных плит 1,1' под острым углом к вертикали снижает активное давление грунта, увеличивая при этом удерживающий момент за счет переноса центра тяжести в сторону берегового откоса, при этом острый угол выполнен с учетом сейсмических сил, временной подвижной нагрузки и характеристики слагаемых грунтов.

Работа конструкции по укреплению откосов, склонов и косогоров, а также подпорно-удерживающих стен.

Активное давление грунта и временная подвижная нагрузка, воздействуя на откосные плиты 1,1' или плиты 31, передает свое усилие концевыми частями их на полки 23 тавровых направляющих балок 22, однако последние находятся в устойчивом состоянии благодаря их жесткости, достигнутой заданным сечением и армированием и закреплением их к контрфорсным рамам 5,5' на анкерных связях 24, которые в свою очередь жестко заделаны в прорези 19 и заполнены грунтом 21.

В дополнение к сказанному, полки 23 направляющих балок 22 страхуют бетонную заделку 30 в пазах 28 рам 5,5', обеспечивая дополнительную надежность заделки полимерных материалов 3.

Использование облицовочных плит 31 обычных разрезных с профилированной нижней гранью 32 волнообразного очертания повышает как весовую пригрузку откоса, косогора, склона, а также грунт за подпорно-удерживающими стенами, так и его сцепление по профилированной грани 32, кроме того профилирование плит 31 выполнено по высоте сооружения с гребнями по длине плит, за исключением мест опирания последних на лицевые брусья 4.

Использование предлагаемого технического решения позволит:
- сократить потребность железобетона более чем в 2 раза;
- использовать вместо товарного бетона по контрфорсным рамам утилизированные, отбракованные шпалы, что продлевает срок их службы и снижает потребность бетона;
- получить контрфорсные рамы, вовлекающие пассивный отпор грунта, что положительно сказывается на устойчивости сооружения, а следовательно и надежной работы рам;
- контрфорсные ряды из рам не требуют сплошной разработки грунта и последующей отсыпки откосов, что имеет место по прототипу, рамы, вмонтированные в прорези, снижают сроки строительства, а устройство прорезей и их отсыпка по объему ничтожно мала в сравнении с прототипом, что удешевляет строительство;
- рамы из однотипных брусьев, собираемых на объекте, не требуют спецсредств по доставке последних на объект, т.е. упрощает процесс их перевозки;
- упрощается процесс монтажа контрфорсных рам из-за их малой площади в сравнении с рамами типа ферм по прототипу, снимается при этом потребность в спецкранах для их монтажа;
- применение брусьев из железобетонных шпал снимает необходимость применения специальных цементов при агрессивной грунтовой среде, учитывая, что сами шпалы (их компоненты) приспособлены к работе в агрессивной среде;
- применение брусьев контрфорсных рам в виде шпал, начиненных преднапряженным армированием, положительно сказывается в сложной работе конструкции со знакопеременными нагрузками;
- применение рамной сборной конструкции облицовочных плит требует применения малой механизации, а накрывочный полимерный материал обеспечивает экономию бетона;
- выполнение заглубления нижней рамой с нижними плитами ниже горизонта меженных вод на глубину размыва не требует специального массивного зуба или зуба из свай, что снижает стоимость материалов, т.е. обеспечивает экономичность конструкции и ее надежность в работе.

По варианту использования конструкции по защите берегов, откосов, склонов, косогоров и в качестве подпорно-удерживающих стен.

- применение направляющих балок таврового очертания обеспечивает как жесткость заделки облицовочных плит и контрфорсных рам, так и распределение активного давления по ее длине;
- позволяет получить облегченную конструкцию удерживающих стен, в сравнении с традиционными известными массивными стенами, с минимальными материальными и трудовыми затратами;
- достичь универсальности сооружения, позволяющей использовать ее с расширенной областью применения;
- в сжатые сроки ликвидировать аварийные места и повысить безопасность движения транспорта;
- конструкция обеспечивает установку плит без сварки и омоноличивания узлов при сопряжении плит и рам, т.е. упрощает процесс сборки сооружения;
- направляющие балки своими полками усиливают компенсацию выдергивающих нагрузок по заделке армированных материалов в пазы рамных плит за счет прижима равной плиты к полке направляющей балки;
- использование сплошных разрезных облицовочных плит в конструкциях по укреплению откосов, склонов, косогоров и подпорно-удерживающих сооружений с профилированной нижней гранью не только повышает устойчивость сооружения от их весовой пригрузки, но и повышает сцепление с грунтом.

Использование: в гидротехническом строительстве, в частности в сооружениях по укреплению откосов, косогоров, склонов, а также удерживающих подпорных стен. Сущность изобретения: берегозащитное, откосо-укрепительное и подпорно-удерживающее сооружение Кожина Ю.П., Кадукина В.И. и Азарского А.И. содержит облицовочные плиты 1-1′ рамной прямоугольной или квадратной конфигурации с жестко заделанным в каждую из рам 2 пленочными армированными полимерными материалами по периметру. Плиты 1-1′ выполнены примыкающими друг к другу по длине сооружения, состыкованы и жестко закреплены как к лицевым профилированным брусьям 4 контрфорсных рам 5-5′ так и между собой посредством анкерных связей и закладных деталей по вершинам каждой из смежных плит 1-1′ и в средней части по их длине 7. Лицевые профилированные трапецеидальные брусья 1 жестко скреплены с однотипными нижними 9 и тыловыми 10 брусьями соединительными связями с сопряжением брусьев 4, 9, и 10 между собой их торцевыми ребрами со стороны их зауженных граней и образуют по каждому контрфорсному ряду (в сечении сооружения) последовательно смонтированные в вертикальной плоскости и примыкающие друг к другу торцевыми ребрами уширенных граней 16 сопрягаемых нижних 9 и тыловых 10 брусьев контрфорсные рамы 5-5′ с ориентацией лицевых брусьев 4 рам 5-5′ и облицовочных плит 5′ в плоскости откоса 17. Нижние контрфорсные рамы 1-1′ каждого ряда заглублены на неразмываемую глубину - ниже горизонта меженных вод со смонтированными на них облицовочными плитами 1′ . При этом нижние брусья 9 выполнены спаренными 18 уширенными 16 гранями друг с другом. Каждый ряд контрфорсных рам 5-5′ вмонтирован в предварительно нарезанные прорези по откосу 17. Места соединения смежных плит 1-1′ заделаны бетоном, а прорези с установленными в них контрфорсными рамами 5-5′ заполнены местным или дренирующим грунтом. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

БЕРЕГОЗАЩИТНОЕ, ОТКОСОУКРЕПИТЕЛЬНОЕ И ПОДПОРНО-УДЕРЖИВАЮЩЕЕ СООРУЖЕНИЕ КОЖИНА Ю П , КАДУКИНА В И , АЗАРСКОГО А И .