СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ ОТКОСОВ ДОРОГ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК E01C5/00 E02B3/12 E02D17/20 

Изобретение относится к строительству покрытий грунтовых поверхностей, в частности к устройствам конструкций укрепления поверхности откосов дорог, откосов береговых линий и русел водоемов, откосов карьеров горнорудной промышленности, грунтовых обвалований и т.п.

Известно устройство и связанный с ним способ (аналог) укрепления откосов дорог, состоящее из жесткой решетчатой конструкции, выполненной посредством переплетения ветвей кустарника или из деревянного бруса, и закрепленной на нижнем слое откоса с последующим заполнением ячеек (клеток) растительным грунтом и засевом семенами трав или заполнением сплошным ковром каменными материалами. (Гохман В.А. Основы дорожного строительства. Высшая школа. М. - 1965. с. 88 92). Однако указанное решение имеет недостатки. Во-первых, деревянные решетчатые конструкции трудоемки в изготовлении. Во-вторых, они недолговечны вследствие быстрого процесса гниения дерева во влажной грунтовой среде. В-третьих, устройство откоса имеет несовременный внешний вид (дизайн).

Наиболее близким решением (прототип) к предлагаемому является укрепление грунтовых площадок и откосов, включающее растяжение георешеток и их закрепление посредством анкеров на нижнем слое и между собой, заполнение ячеек материалом путем засыпки сверху, его планировку и уплотнение. При этом георешетки выполняются преимущественно из синтетических материалов, например из листов полиэтилена, соединенных между собой сваркой или склеиванием таким образом, чтобы при растяжении они образовали ячеистую конструкцию (модуль). При этом сварные швы расположены под углом 90^o к нижней плоскости георешетки. Нижний край ребер георешетки имеет гладкую форму. Заполнение ячеек георешетки грунтом или каменными материалами выполняют в виде сплошного однородного ковра (см. патент США N 4717283, кл. E 02 B 3/12, 1988 г.)
Известное техническое решение имеет следующие недостатки. Во-первых, конструкция укрепления имеет низкую устойчивость откоса к действию ветровой и водной эрозии, особенно на крутых откосах. Это связано с особенностями конструкции георешетки, в которой угол наклона сварного шва к плоскости основания β равен 90^o. Поэтому при увеличении крутизны откоса v объем грунта, эффективно удерживаемый в ячейках георешетки, интенсивно уменьшается и при v 90^o практически равен нулю. Во-вторых, операция заполнения ячеек грунтовым материалом трудоемка, что объясняется необходимостью доставки больших объемов грунтового материала и укладки его в ячейки георешетки. В-третьих, грунтовой материал, укладываемый сплошным монотонным ковром, имеет несовременный дизайн. В-четвертых, в указанном решении не определены оптимальные с точки зрения повышения устойчивости откоса к действию ветровой и водной эрозии геометрические параметры георешетки.

Изобретение направлено на повышение устойчивости откоса к действию ветровой и водной эрозии, снижение трудоемкости и стоимости грунтоукрепительных работ и улучшение внешнего вида (дизайна) откоса.

Техническая задача решается путем изменения способа укрепления откосов дорог и устройства для его осуществления. В способе укрепления откосов дорог, включающем растяжение георешеток и их закрепление на нижнем слое и между собой, заполнение ячеек грунтовым материалом, посев семян трав и уплотнение верхнего слоя, первоначально разрыхляют верхний слой грунта на глубину, равную 1 1,4 высоты глубину, равную 1-1,4 высоты георешетки. Затем погружают (вдавливают) в него предварительно растянутые и закрепленные на нижнем слое и между собой георешетки с последующим посевом семян трав и уплотнением верхнего слоя. При этом посев семян трав и (или) укладку грунтового материала в ячейки георешетки выполняют последовательно в соответствии с заданным графическим и цветовым решением откоса.

Кроме того, в устройстве укрепления откосов дорог (для осуществления способа), содержащем георешетки, выполненные преимущественно из рулонных синтетических материалов и жестко соединенные анкерами слоем и между собой, и материал заполнителя, ребра георешеток соединены между собой линейными швами, наклоненными к ее основанию на угол

где Φ угол наклона откоса к плоскости горизонта (рад.), а нижний край ребер имеет пилообразную форму. Отношение ширины ячейки к высоте георешетки 1 5, а толщина ребер 0,5 1,5 мм.

Анализ известных авторам технических решений показал, что отличительные признаки изобретения разрыхление верхнего слоя грунта на глубину, равную 1 - 1,4 высоты георешетки и погружение (вдавливание) в него предварительно растянутых и закрепленных на нижнем слое и между собой георешеток, чему способствует придание пилообразной формы нижнему краю ребер георешеток, использование ячеистой структуры поверхности откоса для укладки каменных материалов и (или) посева семян трав в ячейки георешеток в соответствии с заданным графическим и цветовым решением откоса, выполнение соединения ребер георешетки линейными швами, наклоненными к основанию на угол b <90^o при отношении ширины ячейки к ее высоте, равном 1 5, и толщине ребер, равной 0,5 1,5 мм, в совокупности не встречаются. Поэтому данное техническое решение имеет существенные отличия и соответствует критерию "новизна".

Техническое решение за счет указанных отличительных признаков позволяет повысить устойчивость откоса к действию ветровой и водной эрозии, снизить трудоемкость и стоимость грунтоукрепительных работ и улучшить внешний вид (дизайн) откоса.

На фиг. 1 представлен поперечный профиль устройства укрепления откоса (сечение М-М на фиг. 2); на фиг. 2 вид С на фиг. 1; на фиг. 3 георешетка в сжатом положении; на фиг. 4 форма ячеек георешетки в растянутом положении (вид сверху); на фиг. 5 узел E на фиг.3; на фиг.6 схема работы устройства при различной крутизне откосов; на фиг. 7 схема погружения георешетки в верхний слой откоса.

Устройство представляет собой объемную конструкцию (верхний слой покрытия откоса) в виде гибкой сборной плиты, которая повторяет рельеф поверхности откоса и формируется на подготовленном нижнем слое откоса 1 (фиг. 1,2) и содержит нижнюю прослойку 2, выполненную преимущественно из полотен рулонных синтетических материалов, уложенных с нахлестом, гибкие георешетки 3 с заполнителем из каменных материалов 4 или грунтовых материалов (преимущественно растительный грунт) 5, закрепленные на нижнем слое посредством контурных анкеров 6 и внутренних анкеров 7. Вследствие гибкости решеток устройство фиксируется на обочине дороги 8 путем заглубления верхнего края георешеток в грунт и покрывает сплошным ковром откос, наклоненный на угол v к линии горизонта, русло водоотводного ручья 9 и крепится на левом берегу 10 посредством анкеров и заглубления нижнего края георешеток. Георешетка 3 представляет собой в сложенном положении гибкий компактный модуль с размерами A_о,B_о,H (фиг.3). Растягивают георешетку таким образом, чтобы она имела вид прямоугольника с размерами A,B (фиг.2), а диагонали ячеек были примерно равны a₁= a₂= a (фиг.4). Георешетка состоит из гибких пластин 15 (фиг. 3), выполненных преимущественно из рулонных синтетических материалов и скрепленных между собой линейными швами 16, наклоненными на угол b к их основанию. Для уменьшения сил сопротивления вдавливанию георешеток в грунт нижнему краю пластин придана пилообразная форма (фиг.5). При этом высота зуба преимущественно равна h=(0,1^oC0,2)•H, а угол его раствора a 60^o 90^o.

Размеры георешеток в плане выбирают из соображений удобства их изготовления, транспортировки и монтажа на откосе и примерно равны: в сложенном положении A_о= 0,1 0,2 м; B_о=2 -4 м (фиг. 3); в растянутом положении A= 4 10 м, B=1,4 2,8 м.

Геометрические параметры ячейки георешетки: высота (H), размер диагонали (a_о), толщина ребра d угол наклона к основанию b взаимосвязаны и зависят в основном от угла наклона откоса v вида материала заполнителя, местных гидрогеологических условий. Их задают, исходя из условия обеспечения требуемой степени эксплуатационной надежности работы конструкции при минимальной массе георешетки. Экспериментальные исследования, выполненные авторами, показали следующее. При динамической нагрузке, моделирующей заполнение ячеек георешетки сверху путем сброса грунтового материала, например, из кузова самосвала, а также при статической нагрузке по вдавливанию растянутой георешетки в грунт прочность шва и устойчивость ребер георешетки обеспечивается при толщине стенок ячеек, равной d 0,5 1,5 мм.

При увеличении угла наклона откоса в диапазоне оптимальная высота георешетки H увеличивается от 0,05 до 0,1 м, а оптимальное отношение a/H уменьшается от 5 до 3. При увеличении угла наклона откоса в диапазоне высоту георешетки следует увеличивать до значений H от 0,1 м до 0,2 м и уменьшать отношение a/H от 3 до 1.

С увеличением содержания в материале заполнителя крупных фракций можно уменьшить высоту ячейки H и увеличить ее размер a.

Оптимальное значение угла наклона сварного шва к основанию георешетки β определялось, исходя из условия работы конструкции при выветривании и размыве откоса водой (фиг.6).

На фиг. 6 показана схема работы одной ячейки георешетки при изменении угла b и при различном угле наклона откоса v
На каждую частицу грунта в ячейке геоерешетки действует сила веса G, в которую включают и эквивалентные ветровую и водную нагрузки. Сила G раскладывается на нормальную N и сдвигающую P составляющие, последней противодействуют удерживающая сила F за счет трения и сцепления частиц грунта между собой. В случае, если сдвигающая сила P>F, то частицы грунта в ячейке перемещаются вниз, по направлению к точке r. При этом частицы грунта, находящиеся выше линии bl, проведенной параллельно линии горизонта, могут вымываться (выветриваться). Частицы грунта, находящиеся ниже линии bl, надежно удерживаются ребром геоерешетки rb. Поэтому часть объема ячейки георешетки, ограниченного поверхностью откоса (отрезок rl), плоскостью горизонта (отрезок bl) и ребром георешетки отрезок (rb), являются эффективным объектом ячейки георешетки.

Как видно из чертежа (позиция 1 на фиг.6), при угле наклона откоса v 0^o эффективный объем ячейки не зависит от угла наклона ребра и равен объему призмы с поперечным сечением площадью С увеличением угла наклона откоса Φ >0^o для прямых георешеток (с углом b = π/2 ) площадь эффективного сечения равна площади (позиция 11). Для косоугольных георешеток (с углом β < π/2 ) площадь эффективного сечения равна площади Δ_rbl Поскольку прямоугольный и при треугольник Δ_rbl также будет прямоугольным, поэтому площадь

То есть при угле эффективная площадь ячейки, а значит и ее эффективный объем больше соответствующего объема прямой георешетки, когда .

При угле Φ = π/2 (вертикальный откос, позиция III) эффективный объем прямой георешетки равен нулю, а для косоугольной решетки при угле β = π/4 пропорционален площади Δ_rbk Следует отметить, что для крутых откосов, когда угол наклона решетки то есть георешетка вырождается в плоскость. При этом усложняется процесс укладки материала заполнителя в ячейки георешетки и его удаление. Поэтому угол наклона ребра георешетки, равный углу наклона сварного шва к его основанию, определяется зависимостью

В устройстве укрепления откосов в качестве материала заполнителя может использоваться растительный грунт 5 с посевом семян растений (фиг.1) и (или) каменный материал (щебень, гравий) 4. Для придания откосу современного вида (дизайна) используется мозаичная структура поверхности, полученная при растяжении сплошным ковром георешеток, и по крайней мере два вида семян растений, придающих различную окраску поверхности 11,12 (фиг.2) и (или) по крайней мере два вида каменного материала 13, 14, отличающихся по цвету. На фиг.2 показан вариант графического и цветового решения откоса.

Строительство укрепления откосов дорог выполняют по направлениям преимущественно сверху вниз и вперед по фронту работ. Предварительно поверхность нижнего слоя откоса выравнивают и планируют. Затем разрыхляют верхний слой откоса на глубину, равную 1 1,4 H, например, методом боронования. В ряде случаев, когда откос свеженасыпной из несвязных песчаных грунтов, дополнительное разрыхление верхнего слоя можно не выполнять. Георешетки растягивают в рабочее положение, при котором они приобретают прямоугольную форму, а ширина ячеек в продольном и поперечном направлениях одинакова a₁=a₂=a (фиг. 4). Георешетки фиксируют на нижнем слое 1 (фиг.7) в растянутом положении посредством контурных анкеров и, таким образом, образуют на поверхности откоса сплошной ковер. Верхний край решеток заглубляют в нижний слой обочины дороги 8, грунт уплотняют. На поверхность решеток устанавливают виброплиту 15, соединенную гибкой связью 16 с лебедкой 17. Для предотвращения местного смятия ребер георешетки площадь основания виброплиты должна быть не менее суммарной площади 3 5 ячеек георешетки. Если жесткость ребер георешетки недостаточна, то перед установкой виброплиты на поверхность георешеток устанавливают настил из досок. При включении электродвигателя виброплита осуществляет ударные воздействия на георешетки, и вследствие этого последние вдавливаются в грунт верхнего слоя 5. Перемещение виброплиты вниз (вверх) по откосу осуществляется посредством электролебедки 17 и соединительного троса 16. После вдавливания георешетки могут дополнительно крепиться к нижнему слою откоса посредством внутренних анкеров 7. Для придания откосу современного вида (дизайна) используется мозаичная структура поверхности, полученная при растяжении сплошным ковром георешеток. Для этих целей в ячейки георешеток высевают в соответствии с графическим решением откоса, например, в виде квадратов 11,12 (фиг.2), два сорта семян растений, имеющих различную окраску.

Нижнюю подтапляемую часть укрепления откоса выполняют преимущественно из решеток с заполнением из каменных материалов. Предварительно уплотняют нижний слой 1, формируют разделительную и дренирующую прослойку 2 из рулонных синтетических материалов, укладываемых с нахлестом в 10 15 см. Растягивают и закрепляют посредством контурных анкеров 6 георешетки 3 и засыпают в них каменный материал 4. Верхний край решеток заглубляют в грунт берега 10 ручья 9, засыпают ячейки щебнем или гравием, который затем уплотняют. Графическое и цветовое решения откоса, например, в виде квадратов 13,14 (фиг.2) выполняют с использованием мозаичной структуры георешеток и двух видов каменных материалов, отличающихся своим цветом.

После формирования верхнего слоя георешетки могут дополнительно крепиться к нижнему слою откоса посредством внутренних анкеров 7 (фиг.1), при этом часть контурных анкеров может извлекаться и использоваться повторно.

В процессе эксплуатации устройство укрепления откосов работает следующим образом. Динамическую нагрузку от воды и ветра, а также вес грунта верхнего слоя воспринимают ребра георешеток. Жесткое закрепление георешеток на нижнем слое посредством анкеров 6,7, а также наличие упора в нижней части откоса в виде георешеток, заполненных щебнем, и разделительной прослойки из синтетических материалов, препятствуют вымыванию грунта из ячеек георешеток в нижний слой и вниз откосу. Прослойка из рулонного синтетического материала предотвращает перемешивание щебня с грунтом нижнего слоя и способствует фильтрации влаги вниз по откосу.

На втором этапе, когда произошло одерновывание откоса, часть нагрузки от водной и ветровой эрозии воспринимает корневая система растений.

Технико-экономическая эффективность способа укрепления откосов дорог и устройства для его осуществления заключается в повышении устойчивости откоса к действию ветровой и водной эрозии, снижении трудоемкости и стоимости грунтоукрепительных работ и улучшении внешнего вида (дизайна) откоса за счет
замены операций по доставке и укладке материала заполнителя в ячейки георешетки сверху операцией разрыхления верхнего слоя грунта и вдавливания в него георешеток;
выполнения укладки грунтовых материалов и (или) посев семян растений в ячейки георешеток в соответствии с заданным графическим и цветовым решением откосов;
использования в конструкции укрепления георешеток, соединительные швы которых наклонены к основанию ребер на угол

где Φ угол наклона откоса к плоскости горизонта, что обеспечивает увеличение в 1,5 2 раза объема грунта, эффективно удерживаемого в ячейках георешетки;
использование в конструкции укрепления георешеток с отношением ширины ячейки к ее высоте равным 1 5, толщиной ребер 0,5 1,5 мм и нижним краем ребер, имеющим пилообразную форму, что позволяет уменьшить потребные нагрузки на вдавливание георешеток и уменьшить в 2 3 раза материалоемкость конструкции.

Изобретение относится к строительству покрытий грунтовых поверхностей и может быть использовано для устройства конструкций укрепления откосов дорог, береговых линий и русел водоемов, откосов карьеров горнорудной промышленности, грунтовых обвалований и т.п. Способ включает разрыхление верхнего слоя откоса на глубину, равную 1 - 1,4 высоты георешетки, растяжение георешеток и их закрепление на нижнем слое откоса и между собой, вдавливание георешоток в верхний слой, и его уплотнение, посев семян растений и (или) укладку каменных материалов в соответствии с графическим и цветовым решением откоса. Устройство для осуществления способа укрепления откосов содержит гибкие георешетки, жестко соединенные анкерами с нижним слоем и между собой, и материал заполнителя. При этом ребра георешеток выполнены преимущественно из полос синтетического материала и соединены между собой линейными швами, наклоненными к их основанию на угол

где Φ - угол наклона откоса к плоскости горизонта, а нижний край ребер имеет пилообразную форму. Кроме того, отклонение ширины ячейки георешетки к ее высоте равно 1 - 5, а толщина ребер равна 0,5 - 1,5 мм. Данное техническое решение позволяет повысить устойчивость откосов к действию ветровой и водной эрозии, снизить трудоемкость и стоимость грунтоукрепительных работ и улучшить внешний вид (дизайн) откосов. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ укрепления откосов дорог, включающий растяжение георешеток и их закрепление на нижнем слое и между собой, заполнение ячеек грунтовым материалом и его уплотнение, отличающийся тем, что первоначально разрыхляют верхний слой грунта на глубину, равную 1 1,4 высоты георешетки, затем погружают в него предварительно растянутые и закрепленные на нижнем слое и между собой георешетки с последующим уплотнением верхнего слоя. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что укладку грунтового материала и (или) посев семян растений в ячейки георешеток выполняют последовательно в соответствии с заданным графическим и цветовым решением откоса. 3. Устройство укрепления откосов дорог, содержащее георешетки, жестко соединенные анкерами с нижним слоем и между собой, и материал заполнителя, отличающееся тем, что ребра георешетки соединены меду собой швами, наклоненными к ее основанию на угол

где Φ - угол наклона откоса к плоскости горизонта, рад.

а нижний край ребер имеет пилообразную форму.