ГЕОМАТ Российский патент 2002 года по МПК E02D17/20 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для защиты от эрозии откосов дорог, гидротехнических сооружений, а также для армирования грунтовых оснований дорог, аэродромов и других геотехнических объектов.

Известно устройство для укрепления грунтов в виде георешетки ячеистой структуры, выполненной из гибких полимерных полос, соединенных между собой сварными швами таким образом, что при растяжении они образуют ячеистую структуру (см. патент США 4717283, кл. В 32 В 3//2, 1988г.). Известное техническое решение имеет высокую материалоемкость, поскольку изготовлено из сплошных полимерных полос. Кроме этого, стенки ячеек выполнены сплошными водонепроницаемыми, что нарушает естественные гидрологические условия и фильтрацию воды вниз по откосу. Корневая система растений в определенной степени изолирована пределами ячеек, что препятствует образованию устойчивого дернового покрова на защищаемой поверхности.

Известна георешетка с ячеистой структурой для укрепления грунтовой поверхности, изготовленная из гибких перфорированных полимерных полос, установленных на ребра и соединенных между собой в шахматном порядке сварными швами. Перфорация полос выполнена дискретной с размером отверстий от 3 до 16 мм, а шаг перфорации составляет в продольном и поперечном направлениях от 15 до 70 мм (см. патент РФ 2136817, кл.Е 02 D 17/20, 1999г.). Однако стенки ячеек известного устройства ослаблены отверстиями и поэтому имеют недостаточную жесткость на смятие и прочность на растяжение. Кроме этого, размер отверстий на один-два порядка больше размера зерен грунта, что может привести к суффозии (вымыванию) грунта из ячеек через отверстия в стенках и развитию эрозии на защищаемой поверхности.

Известна также георешетка сотовой структуры, изготовленная из полос геотекстильного материала, установленных на ребра и соединенных между собой клеевыми швами, расположенными в шахматном порядке. После вытягивания пакета в направлении, перпендикулярном плоскости полос, образуется объемный мат с шестигранными ячейками (см. патент РФ 2111122, кл. В 32 В 3/12, 1993г.). Следует отметить, что операция склеивания полос при заданной точности достаточно трудно реализуема и в момент растягивания склеенного пакета возможен отрыв ткани в отдельных местах вследствие локальных дефектов склеивания. Кроме того, клеевые швы подвержены старению, что снижает долговечность конструкции.

Наиболее близким техническим решением (прототип) является георешетка сотовой структуры с шестигранными ячейками, выполненная из нетканого термоскрепленного геотекстиля посредством соединения полос строчеными швами, расположенными в шахматном порядке (см. Эрозионная защита для ландшафтного строительства. Компания Akzo Nobel, 1995г.). Однако известный геомат имеет недостаточную жесткость ребер и прочность полос на разрыв и высокое растяжение полос под нагрузкой вследствие того, что полосы сформированы из синтетических волокон, скрепленных между собой термоконтактным способом. Кроме того, в грунтовой среде под действием гидрогеологических факторов волоконная структура полос может расслаиваться (разрушаться), что снижает долговечность конструкции укрепления откосов.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является снижение материалоемкости, увеличение срока службы, прочности, жесткости и водопроницаемости сотовой структуры в условиях воздействия грунтовой среды.

Поставленная задача решается за счет того, что в геомате сотовой структуры, выполненной из гибких полос, установленных на ребра и соединенных между собой линейными швами, расположенными в шахматном порядке, полосы изготовлены из нетканого геотекстиля, упрочненного аппретированием и строчеными швами, расположенными равномерно по площади и параллельно основанию полос, при этом расстояние между швами и ширина стежка составляют 2-5 мм.

Также геотекстильные полосы могут быть выполнены из высокопрочных синтетических волокон, например полиэфирных, и упрочнены аппретированием и строчеными прямолинейными или зигзагообразными швами.

Также геотекстильные полосы могут быть выполнены из натуральных волокон или смеси натуральных и синтетических волокон и упрочнены аппретированием и (или) строчеными прямолинейными или зигзагообразными швами.

Также геотекстильные полосы могут быть упрочнены аппретированием и (или) холстопрошивным способом скрепления волокон посредством переплетения "трико" или "цепочка".

Также во всех случаях упрочнения геотекстильных полос строченые швы выполняются высокопрочными синтетическими нитями, например полиэфирными, толщиной (линейной плотностью) от 4,5 до 18,1 текс.

Поставленная задача решается также за счет того, что соединение смежных полос между собой выполнено одним или более прямолинейными либо зигзагообразными строчеными швами с усилением краевых зон. При этом швы выполняются высокопрочной синтетической нитью толщиной не менее 15,6 текс, а усиление краевых зон шириной 1-3 см выполнено тройной прошивкой. Размеры геомата в растянутом состоянии составляют: длина от 8 до 15 м, ширина от 1 до 15 м, высота от 0,05 до 0,2 м, ширина ячейки от 0,2 до 1,0 м.

Сущность изобретения поясняется описанием и чертежами, где:
на фиг.1 показан общий вид фрагмента геомата в сложенном (транспортном) состоянии;
на фиг. 2 - вид сверху на фрагмент геомата в растянутом (рабочем) состоянии;
на фиг.3 - вид А на фиг.1 (схема расположения строченых упрочняющих швов на полосе геомата);
на фиг.4 - вид В на фиг.2 (схема расположения строченого шва, соединяющего смежные полосы геомата).

Геомат представляет собой пакет 1 (фиг.1), выполненный из гибких геотекстильных полос 2, установленных на ребра и соединенных между собой в шахматном порядке вертикальными строчеными швами 3, обеспечивающими получение при растягивании полос в направлении, нормальном к поверхности полос, сотовой структуры 5 (фиг.2) с ячейками шестигранной формы 6. Ячейки могут иметь форму правильного шестигранника со стороной a и шириной или форму неправильного шестигранника.

Гибкие полосы, из которых изготовлен геомат, представляют собой ленты нетканого иглопрошивного или термоскрепленного геотекстиля толщиной δ=1-5 мм и изготовлены преимущественно из высокопрочных синтетических волокон, например полиэфирных. Дискретная пористая структура полос обеспечивает низкую материалоемкость и высокую водопроницаемость конструкции. Так, например, масса геомата толщиной Н = 10 см и стороной ячейки a=20 см равна ~0,25 кг/м². Масса соответствующей сотовой структуры типа Geoweb, изготовленной из сплошных полиэтиленовых полос, состовляет ~1,7 кг/м².

Для регионов с теплым и влажным климатом, когда на защищаемой поверхности в достаточно короткий срок (в течение 1-2 лет) образуется мощный дерновый покров, целесообразно геоматы изготавливать из геотекстильных полос, выполненных из натуральных или смеси натуральных и синтетических волокон. В этом случае в начальный период поверхность от эрозии защищают ячейки геомата, заполненные растительным грунтом. По мере развития корневой системы растений функцию защиты от эрозии принимает на себя дерновый покров, а стенки ячеек геомата, перегнивая, служат своего рода удобрением почвы.

С целью повышения прочности и жесткости ячеек геотекстильные полосы аппретируют, т. е. пропитывают специальным химическим составом на основе акриловых латексов и (или) прошивают равномерно по площади строчеными прямолинейными или зигзагообразными швами 4, выполненными высокопрочной синтетической нитью (фиг.1, 3). Швы 4 располагают параллельно основанию полос. Проведенные исследования, а также практический опыт работ показали, что оптимальными будут следующие размеры: длина стежка 7 в каждой строчке = 2-5 мм, расстояние между строчками k = 2-5 мм. При этом швы выполнены из высокопрочной синтетической нити, например из полиэфирных волокон, линейной плотностью от 4,5 до 15,6 текс.

Геотекстильные полосы могут быть изготовлены также холстопрошивным способом скрепления волокон посредством переплетения "трико" или "цепочка" и аппретированием.

С целью формирования сотовой гексогональной структуры геомата геотекстильные полосы 2 соединяют между собой попарно линейными вертикальными швами 3 со сдвигом в размер a (фиг.1, 2). При этом способе выполнения геомата каждая ячейка (кроме краевых) имеет две противоположные стороны двойной толщины 2δ (сторона cd, фиг.2), что обеспечивает повышенную жесткость ячеек на смятие при укладке в них грунтового материала. Кроме этого двойные стенки cd ячеек представляют собой карман, который может быть использован для надежной установки анкеров, закрепляющих геомат на наклонной поверхности грунта.

Для соединения смежных полос применяются прямолинейные (цепные) или зигзагообразные швы 3 (фиг.4). Швы выполняют посредством высокопрочной синтетической нити, например, из полиэфирных волокон толщиной не менее 15,6 текс. Оптимальная ширина стежка r (поз.9) составляет от 2 до 5 мм.

Краевые участки соединительных швов наиболее нагружены, особенно в процессе укладки в них и уплотнения грунтового материала. В этих зонах шов может расползаться, поэтому краевые зоны шва усилены закрепками 8 в виде тройной прошивки. Ширина зоны усиления шва р выбирается пропорциональной высоте геомата (~0,1-0,2)Н и составляет от 1 до 3 см.

На строительную площадку геомат доставляется в сложенном (транспортном) состоянии в виде компактного пакета 1 (фиг.1), состоящего из множества гибких геотекстильных полос 2, установленных на ребра и соединенных между собой в шахматном порядке по их длине вертикальными швами 3. Выбор пористых геотекстильных материалов, упрочненных равномерно по площади строчеными швами и (или) аппретированием, соединение полос между собой строчеными швами из высокопрочной синтетической нити с усилением краевых зон шириной 1-3 см позволяют в 3-5 раз снизить материалоемкость конструкции, повысить водопроницаемость, прочность и жесткость ячеек геомата по сравнению с базовым объектом. Благодаря гибкости, компактности и низкой материалоемкости конструкции имеется возможность увеличить размеры геомата в плане до 15•15 м, что в 3-5 раз больше, чем у базового объекта (георешетка Geoweb фирмы Presto Product, США имеет размеры 2,43•6,1 м). За счет этого уменьшается число стыковых соединений модулей геомата между собой и обеспечивается большая равнопрочность конструкции укрепления откосов.

При выполнении укрепительных работ геомат устанавливают на предварительно спланированную и уплотненную поверхность откоса и растягивают в рабочее состояние в размер А•В (фиг.2). Размеры геомата в растянутом и сложенном состояниях связаны следующими зависимостями:


где k_п=1,2-2,0 - коэффициент упаковки полос;
n - количество геотекстильных полос в пакете;
m - число ячеек в поперечном направлении геомата;
δ = 1-5 мм - толщина геотекстильной полосы;
ширина ячейки в продольном направлении;
a - длина стороны шестигранной ячейки.

Растянутый геомат фиксируют на укрепляемой поверхности посредством Г - образных анкеров, устанавливаемых через карманы cd (фиг.2) ячеек в грунтовое основание. Для обеспечения геометрической формы геомата и его надежного крепления на откосе анкеры устанавливают равномерно по периметру с шагом 0,5-2,0 м и площади с шагом 1,0 - 3,0 м модуля. Аналогичным способом вплотную к первому устанавливают следующие геоматы, соединяя их между собой и с грунтовым основанием Г-образными анкерами. После этого в ячейки укладывают либо грунтовый материал, либо щебень, гравий, песчано-гравийную смесь или бетон в зависимости от назначения геотехнического объекта. В конструкции укрепления материал-заполнитель ячеек воспринимает сжимающие нагрузки, а стенки ячеек воспринимают растягивающие (сдвиговые) напряжения. Внешние нагрузки распределяются равномерно по укрепляемой поверхности за счет анкеров и зацепления граней ячеек за грунтовое основание. Выполнение ячеек геомата из пористого геотекстильного материала обеспечивает надежную фильтрацию воды вниз по откосу.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по совокупности отличительных признаков отвечает критериям "существенные отличия" и "новизна". Изобретение отвечает условию охраноспособности "промышленная применимость", поскольку реализуемо с использованием известных средств производства и технологий.

Практический опыт работ показал, что сотовый геомат из геотекстильных полос, соединенных между собой в шахматном порядке посредством вертикальных строченых швов, представляет собой армирующее средство для укрепления откосов, дорожных и аэродромных оснований и других геотехнических объектов. Геомат обладает низкой материалоемкостью, повышенной жесткостью ячеек и прочностью швов и обеспечивает надежную защиту грунта от эрозии и фильтрацию воды вниз по откосу. Применение геомата позволяет обеспечить немедленную защиту грунтовой поверхности от эрозии, существенно увеличить срок службы конструкции укрепления откосов и оснований и повысить ее несущую способность в условиях воздействия грунтовой среды за счет: оптимального состава геотекстильного материала полос, укрепленных аппретированием посредством акрилового латекса и (или) строчеными швами с оптимальным расположением их по площади и оптимальными параметрами строченых швов; оптимальных параметров строченых швов, соединяющих смежные полосы геомата и выполненных с усилением краевых зон; оптимальных размеров ячеек, обеспечивающих качественное уплотнение грунтового материала, и оптимальных размеров модуля, обеспечивающих надежную его анкеровку на укрепляемой поверхности при минимальной длине стыковых зон.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для защиты от эрозии откосов дорог, гидротехнических сооружений, а также для армирования грунтовых оснований дорог, аэродромов и других геотехнических объектов. Геомат сотовой структуры выполнен из гибких полос, установленных на ребра и соединенных между собой линейными швами, расположенными в шахматном порядке. Новым является то, что полосы изготовлены из нетканого геотекстиля, упрочненного аппретированием и строчеными швами, расположенными равномерно по площади полос и параллельно их основанию, при этом расстояние между швами и ширина стежка составляют 2-5 мм, при этом соединение полос между собой выполнено одним или более строчеными швами с усилением краевых зон. Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в снижении материалоемкости, увеличении срока службы, прочности, жесткости и водопроницаемости сотовой структуры в условиях воздействия грунтовой среды. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Геомат сотовой структуры, выполненный из гибких полос, установленных на ребра и соединенных между собой линейными швами, расположенными в шахматном порядке, отличающийся тем, что полосы изготовлены из нетканого геотекстиля, упрочненного аппретированием и строчеными швами, расположенными равномерно по площади полос и параллельно их основанию, при этом расстояние между швами и ширина стежка составляют 2-5 мм, при этом соединение полос между собой выполнено одним или более строчеными швами с усилением краевых зон. 2. Геомат по п. 1, отличающийся тем, что геотекстильные полосы изготовлены из синтетических волокон и упрочнены аппретированием и прямолинейными или зигзагообразными строчеными швами. 3. Геомат по п. 1, отличающийся тем, что геотекстильные полосы изготовлены из натуральных волокон или смеси натуральных и синтетических волокон и упрочнены аппретированием и прямолинейными или зигзагообразными строчеными швами. 4. Геомат по п. 1, отличающийся тем, что геотекстильные полосы изготовлены холстопрошивным способом скрепления волокон посредством переплетения "трико" или "цепочка" и аппретирования. 5. Геомат по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что геотекстильные полосы соединены между собой прошивкой синтетической нитью прямолинейным или зигзагообразным швом, при этом ширина стежка составляет 2-5 мм, а усиление краевых зон 1-3 см выполнено тройной прошивкой. 6. Геомат по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что в растянутом состоянии его длина составляет от 8 до 15 м, ширина от 1 до 15 м, высота от 0,05 до 0,2 м, ширина ячейки от 0,2 до 1,0 м.