Геокаркас Российский патент 2004 года по МПК E02D17/18 E02D17/20 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для укрепления откосов, земляных сооружений конусов мостов, путепроводов, откосов береговых линий и русел водоемов, а также для армирования оснований дорог, аэродромов, объектов промышленного и гражданского строительства.

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. Е 02 В 3/72, 1988 г.). Известное техническое решение имеет следующие недостатки. Во-первых, не обеспечена равнопрочность конструкции, что связано с низкой прочностью сварных швов, выполненных без учета оптимального соотношения температуры, условий прижима полос и времени сварки. Во-вторых, стенки ячеек выполнены сплошными водонепроницаемыми, что нарушает естественные гидрологические условия и дренаж воды вниз по откосу. Корневая система растений в определенной степени изолирована пределами ячейки, что осложняет условия образования устойчивого дернового слоя на защищаемой поверхности.

Наиболее близким техническим решением к изобретению по своей сущности и достигаемому техническому результату является геокаркас ячеистой структуры, изготовленный из гибких полимерных лент, установленных на ребра и соединенных между собой линейными сварными швами, при сжатии лент двумя прижимами с образованием в зонах сварных швов углублений от выступов одного из прижимов (см. RU 2166025, 21.03.00).

К недостатку данной конструкции можно отнести то, что прочность сварного шва составляет около 50% от прочности материала ленты и при значительных нагрузках шов рвется по точкам прижима.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение прочности сварного шва, а также увеличение срока службы и прочности ячеистой структуры в условиях воздействия грунтовой среды.

Поставленная задача решается за счет того, что в геокаркасе ячеистой структуры, изготовленном из гибких полимерных лент, установленных на ребра и соединенных между собой линейными сварными швами при сжатии лент двумя прижимами, с образованием в зонах сварных швов углублений от выступов одного из прижимов, согласно изобретению углубления выполнены переменой площади по высоте, уменьшающейся в направлении к поверхности контакта лент, причем высота углублений составляет 0,55 - 0,75 толщины ленты.

При этом опорная торцевая поверхность каждой ленты может быть выполнена с чередующимися выступами и впадинами по длине ленты. Углубления могут быть выполнены полусферической формы или в форме усеченного конуса.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью существующих признаков, состоит в повышении прочности геокаркаса и долговечности его использования за счет исключения разрывов в зонах сварных швов как во время изготовления геокаркаса, так и во время монтажа на предназначенной для укрепления поверхности или при использовании для армирования вследствие выполнения углублений в зоне сварных швов оптимальных форм и параметров, установленных экспериментальным путем.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 показан общий вид геокаркаса в растянутом рабочем состоянии; на фиг. 2 - общий вид геокаркаса в сложенном транспортном состоянии; на фиг. 3 - фрагмент ленты с углублениями сварного шва и отверстиями в стенках ячеек; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3.

На чертежах приведены следующие обозначения:

А - длина геокаркаса в растянутом (рабочем) состоянии, равная 3-12 м;

А_о - длина геокаркаса в сложенном (транспортном) состоянии, равная 0,08 - 0,32 м;

В - ширина геокаркаса в растянутом (рабочем) состоянии, равная 0,5 - 3,0 м;

В_о - ширина геокаркаса в сложенном (транспортном) состоянии, равная 0,7 - 4,4 м;

а = в - ширина ячейки геокаркаса в растянутом состоянии, равная 0,1-1,0 м;

в_о - ширина ячейки в сложенном состоянии, равная расстоянию между сварными швами 0,14 - 1,4 м;

Н - высота геокаркаса, равная 0,05 - 0,3 м;

h - толщина ленты, равная 0,5 - 2,1 мм;

с - ширина сварного шва и околошовных зон;

dвс

dнс

t - расстояние между углублениями шва, равное 2-5мм;

d - диаметр перфорационных отверстий;

l - расстояние между перфорационными отверстиями;

h_у - высота углублений шва 0,55 - 0,75 от h.

Геокаркас состоит из гибких полимерных лент 1, установленных на ребра 2 и соединенных между собой линейными швами 3 при сжатии лент 1 двумя прижимами, один из которых имеет плоскую поверхность, а другой выполнен с выступами ( на чертежах не показаны).

В зонах сварных швов 3 при сжатии образуются углубления 4 от выступов одного из прижимов. Для исключения разрывов лент 1 как при монтаже, так и при эксплуатации углубления 4 в зонах сварных швов выполнены переменной площади по высоте, уменьшающейся в направлении к поверхности 5 контакта лент 1. Высота углублений h_у составляет 0,55 - 0,75 толщины h ленты 1. При этом опорная торцевая поверхность 6 лент 1 выполнена по длине ленты 1 с чередующимися выступами 7 и впадинами 8.

Полимерные ленты изготавливают преимущественно из смеси полиэтилена высокого давления и полиэтилена низкого давления. По всей длине ленты 1 в процессе изготовления пробивают отверстия 9, которые образуют равномерную перфорацию по площади стенок ячеек 10, причем размер отверстий 9 устанавливают экспериментально в зависимости от размера зерен грунта.

В материал полимерной ленты могут быть введены светостабилизаторы или пигменты.

При этом сварные швы 3 могут быть расположены перпендикулярно или наклонно по отношению к опорной торцевой поверхности 6 лент 1 геокаркаса, а точки прижима образованы с помощью двух прижимов, один из которых имеет плоскую контактную поверхность, а другой - контактную поверхность в виде двух или более рядов выступов, расположенных в шахматном порядке. Стенки ячеек 10 скрепляют между собой и с укрепляемой поверхностью посредством соединительных элементов (на чертежах не показаны), пропущенных через отверстия 9 в стенках ячеек.

Изобретение реализуют путем соединения полимерных лент 1 сварным линейными швами 3, расположенными в шахматном порядке (фиг.1, 2). Для увеличения прочности конструкции и для повышения прочности крепления (анкеровки) ее на грунтовой поверхности геокаркас может быть снабжен соединительными элементами, например полимерными тросами, пропущенными через отверстия в стенках ячеек и закрепленными на первой и последней лентах. Количество элементов выбирают в соответствии с характеристиками укрепляемой поверхности.

Сварные швы имеют зону разрыва, равную от 0,1 до 0,3 высоты геокаркаса. При растяжении геокаркаса в рабочее состояние зоны разрыва сварных швов раскрываются, образуя щелевые отверстия, что улучшает условия дренажа и сообщение полостей смежных ячеек.

Отверстия 9 в стенках ячеек 10 расположены равномерно по площади стенок. В любом вертикальном сечении стенки ячейки вне зоны сварного шва сумма размеров отверстий должна быть не более 30% от ее высоты. При выполнении этого условия прочность ленты на разрыв по линии отверстий будет примерно равна прочности наиболее слабого элемента геокаркаса, а именно прочности сварного шва, что удовлетворяет критерию равнопрочности конструкции.

При изготовлении геокаркасов для укрепления глинистых и песчаных грунтов на объектах, где гидрологические условия не влияют на его функционирование, например на территориях с засушливым климатом, целесообразно выполнять конструкции из неперфорированных полимерных лент.

Поверхность свариваемых лент может быть гладкой или тисненой для повышения коэффициента сцепления грунтового материала со стенками ячеек.

Ленты 1 (фиг.1, 2) сваривают между собой путем введения в контактную зону сварки горячего твердого клина до получения вязкопластичного состояния. Затем клин выводят из зоны сварки и осуществляют сжатие лент с помощью двух прижимов. Один прижим имеет плоскую контактную поверхность, а другой - контактную поверхность в виде двух или более рядов выступов (на чертежах не показано).

Согласно изобретению образующиеся углубления в зонах сварных швов имеют криволинейную форму без прямых и острых углов, например преимущественно полусферическую или форму усеченного конуса.

Прочность получаемого сварного шва составляет более 56% от прочности исходной ленты, что превышает этот же показатель известного решения на 10-12%.

При выполнении укрепительных работ геокаркас растягивают в рабочее состояние и устанавливают на предварительно подготовленную поверхность грунта. Затем геокаркас фиксируют на укрепляемом слое посредством анкеров (на чертежах не показаны). Аналогичным способом вплотную к первому устанавливают следующие геокаркасы, соединяя их между собой и с нижним слоем Г-образными анкерами (на чертежах не показаны). После этого в ячейки укладывают грунтовый материал, щебень, гравий, песчано-графийную смесь или бетон в зависимости от назначения объекта.

Грунтовой материал - заполнитель ячеек воспринимает сжимающие нагрузки, а стенки ячеек воспринимают растягивающие (сдвиговые) напряжения. Внешние нагрузки распределяются равномерно по укрепляемой поверхности за счет сообщения между собой полостей ячеек, анкеровки и дополнительных соединительных элементов. Оптимальное расположение на стенках ячеек перфорационных отверстий обеспечивает надежный дренаж укрепляемого слоя грунта.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для укрепления откосов, земляных сооружений конусов мостов, путепроводов, откосов береговых линий и русел водоемов, а также для армирования оснований дорог, аэродромов, объектов промышленного и гражданского строительства. Геокаркас ячеистой структуры изготовлен из гибких полимерных лент, установленных на ребра и соединенных между собой линейными сварными швами при сжатии лент двумя прижимами с образованием в зонах сварных швов углублений от выступов одного из прижимов. Новым является то, что углубления в зонах сварных швов выполнены переменной площади по высоте, уменьшающейся в направлении к поверхности контакта лент, причем высота углублений составляет 0,55-0,75 толщины ленты. Технический результат изобретения состоит в повышении прочности сварного шва, а также увеличении срока службы и прочности ячеистой структуры в условиях воздействия грунтовой среды. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Геокаркас ячеистой структуры, изготовленный из гибких полимерных лент, установленных на ребра и соединенных между собой линейными сварными швами при сжатии лент двумя прижимами с образованием в зонах сварных швов углублений от выступов одного из прижимов, отличающийся тем, что углубления в зонах сварных швов выполнены переменной площади по высоте, уменьшающейся в направлении к поверхности контакта лент, причем высота углублений составляет 0,55-0,75 толщины ленты.2. Геокаркас по п.1, отличающийся тем, что опорная торцевая поверхность лент выполнена по длине ленты с чередующимися выступами и впадинами.3. Геокаркас по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что углубления выполнены полусферической формы или в форме усеченного конуса.