УСТРОЙСТВО ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ ОТКОСОВ И ДОРОЖНОГО ОСНОВАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК E02D17/20 

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройствам для укрепления откосов дорог, откосов береговых линий и русел водоемов, откосов карьеров горнорудной промышленности и т.п., а также для строительства дорожного основания, гидротехнических сооружений и может быть использовано для предотвращения эрозии подводного берегового откоса водоема.

Уровень техники
Известно устройство для укрепления откосов дорог, представляющее собой жесткую решетчатую конструкцию, выполненную из соединенных между собой деревянных брусьев и закрепленную на нижнем слое откоса с последующим заполнением ячеек растительным грунтом и засевом семенами трав или заполнением сплошным ковром каменными материалами (книга Гофман В.А. "Основы дорожного основания", М., 1965 г., с. 88-92).

К недостаткам известного устройства для укрепления откосов дорожного основания относятся трудоемкость изготовления, малый срок службы ввиду недолговечности древесины.

Известно также устройство для укрепления откосов и дорожного основания, содержащее пакет из гибких полимерных полос, расположенных в несколько рядов и соединенных между собой в шахматном порядке по длине полос с возможностью образования при растягивании полос в направлении, нормальном к поверхности полос, ячеистой конструкции для заполнения связующим материалом, причем стенки ячеек ячеистой конструкции выполнены с дренажными отверстиями (Международная заявка PCT/US 96/17567, МКИ В 23 В 3/12, 1996 г.).

Известное устройство обладает ограниченным сроком службы, обусловленным нестабильностью поведения ячеистой конструкции, выполненной из полимерного материала, после заполнения ее связующим материалом в виде растительного грунта или раствора бетона ввиду недостаточной жесткости конструктивных элементов ячейки, а именно их стенок, выполненных с дренажными отверстиями, диаметр которых варьируется от 3 до 17 мм, при этом площадь отверстий составляет к площади стенки от 19 до 28%. В связи с нерациональным расположением отверстий на поверхности стенок ячеек возникает их деформирование за счет наличия не равнопрочных на изгиб участков полиэтиленовых полос и неоднородного воздействия на них заполняемого материала, а также внешней среды: движения дождевой воды, снега, льда и т.п. Это обусловлено тем, что в случае выполнения заданного условия, согласно которому диаметр отверстий равен 17 мм, а площадь этих отверстий к площади стенки - 28%, то как показали практические исследования, существенно снижается жесткость стенок в зонах размещения этих отверстий. Неравномерность их расположения также сказывается на жесткости стенок. В то же время уменьшение количества отверстий не позволяет получить должный эффект, связанный с дренажом, в частности, дождевых осадков, а также сообщения полостей ячеек при укладке в них бетона или растительного грунта. В этом случае ячейки не зарастают растительностью и не образуют переплетенный корнями через дренажные отверстия и скрепленный с грунтом откоса дерновый слой.

Сущность изобретения
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является увеличение срока службы ячеистой конструкции, повышение ее несущей способности, обеспечение стабильной во времени и пространстве формы ячейки устройства для укрепления откосов и дорожного основания. Технический результат заключается в обеспечении жесткости стенок ячеек при максимальном заполнении их площади дренажными отверстиями различных размеров, рационального расположения дренажных отверстий на поверхности стенок ячеек, а также в обеспечении повышенной прочности швов, равномерного распределения нагрузок на конструктивные элементы каждой ячейки и перераспределения этих нагрузок на соседние ячейки за счет обеспечения скрепления полостей ячеек через дренажные отверстия материалом, находящимся в ячейках или прорастающим естественным путем из него.

Для достижения указанного выше технического результата и решения поставленной задачи в известном устройстве для укрепления откосов и дорожного основания, содержащем пакет из гибких полимерных полос, расположенных в несколько рядов и соединенных между собой в шахматном порядке по длине полос с возможностью образования при растягивании полос в направлении, нормальном к поверхности полос, ячеистой конструкции, причем стенки ячеек ячеистой конструкции выполнены с отверстием, соединение полос выполнено термосваркой под давлением, расстояние t между центрами дренажных отверстий определено из соотношения:
t = k•d, где d - диаметр дренажных отверстий, a k - экспериментально установленный коэффициент, выбранный из диапазона от 1,43 до 5,27, при этом швы соединения полос расположены на свободном от дренажных отверстий участке полосы.

Возможны и другие варианты выполнения устройства, согласно которым необходимо, чтобы:
- шов был выполнен точечной термосваркой;
- шов был выполнен сплошной термосваркой;
- шов был выполнен, по меньшей мере, из одной сплошной термосварки с рядами точечной термосварки, расположенными по обе стороны от сплошного шва;
- точечная термосварка была расположена в шахматном порядке;
- точки точечной термосварки были сгруппированы, при этом группы точек отделены друг от друга;
- точечная или сплошная термосварка были расположены, по меньшей мере, в два ряда;
- шов был выполнен сужающимся книзу;
- шов был выполнен расширяющимся книзу;
- ширина швов первого ряда соединения полос была больше ширины швов последующих рядов соединения полос;
- размер ячеек по высоте их расположения на откосе был выполнен неодинаковым;
- размер ячеек по высоте их расположения на откосе был выполнен увеличивающимся от начала до основания откоса.

Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен общий вид устройства для укрепления откосов и дорожного покрытия в собранном виде.

На фиг. 2 - общий вид устройства для укрепления откосов и дорожного покрытия в растянутом состоянии.

На фиг. 3 - вид сверху на устройство для укрепления откосов и дорожного покрытия в растянутом состоянии.

На фиг. 4 - гибкая полоса устройства.

На фиг. 5 - 8 - варианты выполнения шва соединения полиэтиленовых полос между собой.

Устройство для укрепления откосов и дорожного основания содержит пакет 1 (фиг. 1) из гибких полимерных полос, 2 - 6, (фиг. 2, 3), расположенных в несколько рядов и соединенных между собой в шахматном порядке по длине полос с возможностью образования при растягивании полос в направлении, нормальном к поверхности полос, ячеистой конструкции. На стенках ячеек выполнены фигурные дренажные отверстия 7, предназначенные для сообщения объемов, а следовательно, и находящихся в ячейках материалов между собой.

С целью повышения жесткости стенок ячеек при максимальном заполнении их площади дренажными отверстиями 7, имеющих различные размеры, расстояние t между центрами отверстий 7 определяется из соотношения:
t = k•d, где d - диаметр дренажных отверстий, a k - экспериментально установленный коэффициент, определяемый из диапазона от 1,43 до 5,27. Коэффициент определяется имперически, исходя из условий согласования пощади занимаемой дренажными отверстиями, их количеством, размером и формой при сохранении требуемой жесткости стенки. Верхний предел величены коэффициента k обусловлен условием сохранения функций дренирования. Действительно, при увеличении k более 5,27 установлено, что дренаж фактически отсутствует. Гидравлическое соединение полостей ячеек фактически равно нулю. Нижний предел - параметрами жесткости стенки, дальнейшее увеличение этого параметра обуславливает потерю жесткости стенки на данном участке.

Соединение полос 2 - 6, выполнено термосваркой под давлением, при этом отношения толщины d полимерной полосы к ее ширине b и к ширине а шва 8 соединения полос 2 - 6, определяются из условия обеспечения жесткости ячеистой конструкции и равны соответственно 0,004 - 0,02 и 0,05 - 1,0.

Нижний предел величины отношения толщины d (фиг. 4) полимерной полосы к ее ширине b и к ширине а шва 8 обусловлен размерами и формой ячейки, дальнейшее уменьшение этой величины приводит к появлению иррациональной формы ячейки и уменьшению ее полезной площади. Верхний предел - обусловлен параметрами жесткости элементов ячейки, дальнейшее увеличение этой величины приводит к невозможности удержания швом формы ячейки. Шов 8 по длине может изменять свою форму при приложении к нему вертикальной нагрузки. Швы соединения полос расположены на свободном от дренажных отверстий 7 участке полосы.

Возможны и другие варианты выполнения устройства, согласно которым:
- шов 8 может быть выполнен точечной 9 термосваркой;
- шов 8 может быть выполнен сплошной 10 термосваркой;
- шов 8 может быть выполнен, по меньшей мере, из одного участка сплошного 10 (фиг. 5) термосварки с рядами точечной 9 термосварки, расположенными по обе стороны от участка сплошного шва;
- точечная 9 термосварка может быть расположена в шахматном порядке;
- точки точечной термосварки могут быть сгруппированы, при этом группы 11 точек отделены друг от друга (фиг. 6);
- точечная 9 или сплошная 10 термосварка были расположены, по меньшей мере, в два ряда.

В зависимости от материала засыпки ячеек, а следовательно нагрузок и условий работы, шов 8 может быть выполнен сужающимся книзу (фиг. 7) или расширяющимся книзу (фиг. 8). Так, например для ячеистой конструкции, предназначенной для укрепления откосов и заполненной растительным грунтом, целесообразно выполнение шва расширяющимся книзу, поскольку такие ячеистые конструкции работают в условиях увеличенного трения на поверхности раздела.

В зависимости от угла наклона откоса ширина швов 8 первого ряда соединения полос может быть больше ширины швов последующих рядов соединения полос или размер ячеек по высоте их расположения на откосе выполнен увеличивающимся от начала до основания откоса.

Эффективность таких решений особенно очевидна при больших углах наклона, когда нагрузка на швы возрастает от ряда к ряду сверху вниз, максимальная нагрузка воздействует на швы последнего ряда.

Полиэтиленовые полосы соединяются термосваркой под давлением, например с помощью ультразвуковой сварки. Места сварки полос являются с одной стороны концентраторами напряжений, а с другой стороны соединенные между собой две полосы образуют ребро жесткости, размеры которого определяют жесткость ячейки.

Пример реализации изобретения
Устройство для укрепления откосов и дорожного основания представляет собой пакет 1 (фиг. 1) из множества гибких полимерных перфорированных полос 2 - 6, установленных на ребро 12 (фиг. 2) и соединенных между собой в шахматном порядке по их длине с возможностью образования ячеистой конструкции. Выбор метода сварки, размеров и формы шва, а также параметров полос позволяет повысить жесткость ячейки ячеистой конструкции.

Строительство укрепления откосов дорог выполняют по направлению преимущественно сверху вниз и вперед по фронту работ. Для этого растягивают пакет 1 полос в направлении, нормальном к поверхности полос, с возможностью образования ячеистой конструкции. При растягивании гибкие полимерные полосы изгибаются синусоидальным образом и образуют ячеистую конструкцию. Каждая ячейка 13 имеет стенки 14 (фиг. 3), образуемые одной полосой, и стенки 15, образуемые другой рядом расположенной другой полосой. Для удержания полос от расползания в направлении растягивания используются соединительные звенья 16, например стержни или гибкие стяжки, соединяющие первую полосу 2 с последней. В зависимости от условия эксплуатации ячеистой конструкции и прочности материала соединительного звена количество этих звеньев изменяется. Минимально может быть установлено одно соединительное звено.

Ячеистую конструкцию укладывают на предварительно уплотненную или разрыхленную ровную поверхность откоса или участка дороги. Это делают вручную или при помощи механических средств. Ячейки фиксируют на поверхности известными средствами, например анкерами. После этого в образовавшиеся ячейки 13 укладывают грунтовый материал или бетон в зависимости от назначения устройства.

Таким образом устройство для укрепления откосов представляет собой сплошное покрытие из ячеистых конструкций, скрепленных между собой и заполненных грунтовым или каким-либо еще материалом. Под нагрузкой ячеистая конструкция работает как упругая гибкая плита на грунтовом или ином основании. Проведенные исследования, а также практический опыт работ показали, что ячеистая конструкция из полиэтиленовых полос с дренажными отверстиями 7 представляет собой армирующее средство для укрепления откосов и дорожного основания, обладающее высокой несущей способностью, повышенной жесткостью ячеек и прочностью швов соединения полос между собой за счет выполнения дренажных отверстий оптимального размера, формы и расположения, обеспечивающих равномерное распределение нагрузок на конструктивные элементы каждой ячейки и их перераспределение на другие ячейки.

Изобретение отвечает условию охраноспособности "промышленная применимость", поскольку реализуемо с использованием известных средств производства и технологий.

Применение изобретения позволяет существенно увеличить срок службы ячеистой конструкции, повысить ее несущую способность, обеспечить стабильную во времени и пространстве форму ячейки устройства для укрепления откосов и дорожного основания. Это стало возможным за счет обеспечения повышенной жесткости ячейки, прочности швов соединения полос между собой, обеспечения равномерного распределения нагрузок на конструктивные элементы каждой ячейки и перераспределение этих нагрузок на рядом расположенные конструктивные элементы соседних ячеек.

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройствам для укрепления откосов дорог, откосов береговых линий и русел водоемов, откосов карьеров горнорудной промышленности и т.п., а также для строительства дорожного основания, гидротехнических сооружений и может быть использовано для предотвращения эрозии подводного берегового откоса водоема. Технический результат заключается в обеспечении жесткости стенок ячеек при максимальном заполнении их площади дренажными отверстиями различных размеров, рационального расположения дренажных отверстий на поверхности стенок ячеек, а также в обеспечении повышенной прочности швов, равномерного распределения нагрузок на конструктивные элементы каждой ячейки и перераспределения этих нагрузок на соседние ячейки за счет обеспечения скрепления полостей ячеек через дренажные отверстия материалом, находящимся в ячейках или прорастающим естественным путем из него. Устройство содержит пакет из гибких полимерных полос, расположенных в несколько рядов и соединенных между собой в шахматном порядке по длине полос с возможностью образования при растягивании полос в направлении, нормальном к поверхности полос, ячеистой конструкции, причем стенки ячеек ячеистой конструкции выполнены с отверстием. Новым является то, что соединение полос выполнено термосваркой под давлением, расстояние t между дренажными отверстиями, выполненными на стенках ячеек, определяется из соотношения: t = k•d, где d - диаметр дренажных отверстий, a k - коэффициент заполняемости стенок дренажными отверстиями, определяемый из диапазона от 1,43 до 5,27, при этом швы соединения полос расположены на свободном от дренажных отверстий участке полосы. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для укрепления откосов и дорожного основания, содержащее пакет из гибких полимерных полос, расположенных в несколько рядов и соединенных между собой в шахматном порядке по длине полос с возможностью образования при растягивании полос в направлении, нормальном к поверхности полос, ячеистой конструкции, в стенках ячеек которой выполнены дренажные отверстия, отличающееся тем, что соединение полос выполнено термосваркой под давлением, расстояние t между центрами дренажных отверстий определено из соотношения
t = k • d,
где d - диаметр дренажных отверстий;
k - экспериментально установленный коэффициент, выбранный из диапазона от 1,43 до 5,27,
при этом швы соединения полос расположены на свободном от дренажных отверстий участке полосы. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шов выполнен точечной термосваркой. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шов выполнен сплошной термосваркой. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шов выполнен, по меньшей мере, из одного участка сплошной термосварки с рядами точечной термосварки, расположенными по обе стороны от участка сплошного шва. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что точечная термосварка расположена в шахматном порядке. 6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что точки точечной термосварки сгруппированы, при этом группы точек отделены друг от друга. 7. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что участки точечной или сплошной термосварки расположены, по меньшей мере, в два ряда. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шов выполнен сужающимся книзу. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шов выполнен расширяющимся книзу. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина швов первого ряда соединения полос больше ширины швов последующих рядов соединения полос. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размер ячеек по высоте их расположения на откосе выполнен неодинаковыми. 12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размер ячеек по высоте их расположения на откосе выполнен увеличивающимся от начала до основания откоса.