СПОСОБ АРМИРОВАНИЯ СЛАБЫХ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ И ОТКОСОВ (ВАРИАНТЫ) И ГЕОРЕШЕТКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F16L1/00 E02D17/20 

Изобретение относится к строительству и используется при сооружении трубопроводов на склонах, при строительстве вдольтрассовых проездов магистральных трубопроводов, при сооружении дорог и гидротехнических сооружений, где требуется обеспечение устойчивости грунтов. Из уровня техники известен способ стабилизации почвы против эрозии, заключающийся в опрыскивании почвы водной дисперсией водонерастворимого поливинилового соединения. На почве образуется монолитная пленка, препятствующая разрушению поверхностного слоя почвы (см. DE 1290007, 27.02.1969). Известный способ защиты грунтов от эрозии применим для сельскохозяйственных земель и не эффективен для почв с наличием растительности.

Известно, что откосы траншей, выемок подвержены оползням, особенно в процессе проходки выемок и в течение двух лет после окончания работ. Так известно, что траншеи, котлованы сооружений, врезанные в рыхлые грунты и в выветрелые скальные породы при глубине более 1,25 м, должны иметь откосы или крепление в соответствии с характером коренных пород, условиями их залегания и гидрогеологическими условиями, при этом следует обеспечить устойчивость откосов в течение назначенного проектом периода времени. Значительную опасность для трубопроводов, пересекающих овраги и русла рек, представляют оползни берегов, обнажающие трубопровод и увеличивающие его пролет, что может привести к деформациям трубопровода или его разрушению.

Известно, что при сооружении нефтепровода Западный Аяд - побережье Аденского залива на участке прохождения трассы нефтепровода по пологонаклонной каменистой пустыне и пересечении выложенного русла вади была предусмотрена засыпка створа перехода скальным грунтом с использованием геотекстильного материала, а защита нефтепровода через временные водотоки производилась габионами-емкостями из металлической сетки, заполненными обломками скальных пород.

Таким образом, известно, что, например, в зависимости от типа водотоков, пересекаемых трассой трубопровода, следует использовать различные противоэрозионные мероприятия. Одним из таких мероприятий является использование геотехнических решеток для укрепления грунтов.

Известны решетчатые текстильные маты, предназначенные для предохранения подверженных эрозии слоев грунта, в частности откосов, дамб и искусственных насыпей (см. DE 4017710, 26.09.1991). Решетчатый мат выполнен в виде сетки из полосообразных текстильных структур, образующих фасонные корпуса камер, заполняемых насыпным грунтом. Однако известное техническое решение направлено на обеспечение соединения наружных контуров отдельных решетчатых матов геометрическим замыканием с образованием равномерно расположенных выемок-камер и не содержит конструктивного решения самой решетки.

Из уровня техники известно использование технических тканей для защиты поверхности откосов против размыва, выдувания, для повышения несущей способности грунтов, так как эти материалы обладают высокой прочностью на растяжение и хорошей водопроницаемостью. Технические ткани способствуют равномерному распределению нагрузок на грунт и улучшают отвод воды. К техническим тканям относят трикотаж, ватный холст и другие натуральные и синтетические материалы, используемые в строительном деле для технических целей (см. РЕЙТЕР Ф. и др. “Инженерная геология”, Москва, “Недра”, 1983, стр.391-392, 417-418).

Известен упрочняющий корпус для сыпучих и разливаемых материалов, используемый для укрепления земляных сооружений, побережий, дна моря, снежных массивов и т.п., имеющий сотовую структуру, состоящую из отдельных сплошных или решетчатых полосообразных элементов с выступами или шипами в соединительных швах и предназначенные для закрепления устройства на поверхности грунта (см. DT 3909189, 02.11.1989). Известное устройство является материалоемким, сложным в изготовлении и эксплуатации.

Из уровня техники известна выполненная из текстильных лент решетка, стенки которой образованы воланами, полученными в результате соединения лент швами (см. WO 97/16604 А1, 09.05.1997). Известное устройство не обладает необходимой прочностью в местах соединения лент, а также не имеет необходимой жесткости в силу отсутствия фиксированной пространственной геометрически однородной структуры.

Известна геотехническая решетка (георешетка) в виде объемной ячеистой конструкции, предназначенная для укрепления откосов, армирования слабых оснований в транспортной, гидротехнической и других отраслях строительства. Георешетка изготавливается из полиэтиленовых лент путем их сварки линейными швами, расположенными в шахматном порядке перпендикулярно основанию георешетки (см. ТУ 2246-002-07859300-97 “ПРУДОН-494”, Геотехничекая решетка пластиковая). Данное решение является наиболее близким к заявленной группе изобретений и принято в качестве прототипа.

Одним из недостатков известного решения является недостаточная поперечная жесткость решетки, обусловленная большой деформативностью полиэтиленовых лент, короблением их кромок. В известном решении отсутствует равнопрочность сварных швов и материала полиэтиленовых лент. При ведении сварочных работ существует опасность охрупчивания шва, ленты, а также опасность ее прожога.

Кроме того, изготовление георешеток посредством сварки выполненных из полиэтилена лент сопряжено с вредными выделениями в воздух рабочей зоны летучих продуктов термоокислительной деструкции, требует организации общеобменной вентиляции и местной вытяжки, а также защиты от статического электричества. Поскольку полиэтилен является горючим материалом, необходимы серьезные меры противопожарной безопасности. Учитывая, что полиэтилен чувствителен к солнечной радиации и обнажение георешетки, например, на склоне приведет к ее быстрому старению и разрушению.

Из всего сказанного следует, что существует задача создания такой конструкции георешетки, чтобы она обладала необходимой механической прочностью, химической стойкостью, а ее производство не требовало специальных санитирно-гигиенических и противопожарных мер безопасности.

Указанная задача решается тем, что в способе армирования слабых грунтов оснований и откосов, заключающемся в укладке на грунт имеющей сотовую структуру и выполненной из скрепленных между собой в шахматном порядке соединительными швами из набора гибких лент георешетки с ее натяжением расчетным усилием и закреплением на грунте с последующим заполнением ячеек георешетки сыпучим материалом, полосы георешетки выполнены из мягких рулонированных материалов, а ячейки георешетки имеют форму шестиугольника, для чего скрепляющие швы выполнены парными - сдвоенными и равнопрочными материалу лент, с расстоянием между сдвоенными швами, не превышающим половины расстояния между внутренними швами пар швов, формирующих ячейки георешетки, при этом поверхность склонного к водной эрозии укрепляемого грунта предварительно выстилают нетканым синтетическим материалом (НСМ) или водопроницаемой технической тканью. В частном случае выполнения способа для предотвращения вымывания сыпучего материала из ячеек георешетки на откосах отношение высоты ячейки георешетки к ее совпадающей с направлением откоса диагонали составляет не меньше тангенса угла наклона укрепляемого откоса.

При крутизне укрепляемого откоса до 30 град в качестве мягкого рулонированного материала используют техническую ткань, а при крутизне укрепляемого откоса более 30 град в качестве мягкого рулонированного материала используют полимерно-тканевый материал.

Вариантом заявленного изобретения является способ армирования слабых грунтов оснований и откосов, заключающийся в укладке на грунт имеющей сотовую структуру и выполненной из скрепленных между собой в шахматном порядке соединительными швами из набора гибких лент георешетки с ее натяжением расчетным усилием и закреплением на грунте с последующим заполнением ячеек георешетки сыпучим материалом, в котором на откосах с крутизной, превышающей 45 град, укрепление откоса осуществляют стенками из набора горизонтально расположенных георешеток, укрепление начинают от подошвы откоса и каждый последующий слой укладывают со смещением в сторону откоса, при этом георешетки укладывают с частичным врезанием в откос примыкающих к нему ячеек георешетки и закреплением в нем, причем полосы георешетки выполнены из мягких рулонированных материалов, а ячейки георешетки имеют форму шестиугольника, скрепляющие швы выполнены парными - сдвоенными и равнопрочными материалу лент, с расстоянием между сдвоенными швами, не превышающим половины расстояния между внутренними швами пар швов, формирующих ячейки георешетки.

При высоте откоса более 2 м стенку из георешеток через каждые 1,6-2 м по высоте врезают в укрепляемый откос на глубину 200-400 мм и закрепляют в нем. В качестве мягкого рулонированного материала используют техническую ткань или полимерно-тканевый материал.

Кроме того, задача решается тем, что георешетка содержит набор гибких лент, скрепленных расположенными в шахматном порядке перпендикулярными длинным сторонам гибких лент швами с возможностью образования заполняемой насыпным грунтом ячеистой структуры при укладке набора гибких лент их длинными ребрами на укрепляемый грунт и приложении расчетных поперечных и продольных растягивающих усилий к крайним лентам с последующей фиксацией на грунте ячеек по периметру растянутого набора гибких лент, а для увеличения устойчивости, прочности и поперечной жесткости георешетки гибкие ленты изготовлены из мягких рулонированных материалов, ячейки георешетки имеют форму шестиугольника, скрепляющие швы выполнены парными - сдвоенными и равнопрочными материалу лент, с расстоянием между сдвоенными швами, не превышающим половины расстояния между внутренними швами пар швов, формирующих ячейки георешетки.

В частном случае выполнения георешетки внешняя лента в наборе гибких лент выполнена сдвоенной или из материала с более высокими механическими свойствами и светостойкостью. При этом отношение высоты ячейки к ее совпадающей с направлением откоса диагональю не превышает тангенса угла укрепляемого откоса грунта.

Изобретение иллюстрируется графическим материалом, где на фиг.1 изображена георешетка в исходном положении - в виде пакета сшитых лент; на фиг.2 - георешетка, уложенная на грунт в рабочем (растянутом) положении; на фиг.3 - схема соединения лент георешетки, вид сверху; на фиг.4 - пример использования георешетки на крутом откосе; на фиг.5 - схема расчета отношений размеров ячейки георешетки.

Гибкие ленты 1 из мягкого рулонированного материала в шахматном порядке скреплены поперечными сдвоенными швами 2 и 3, которые выполнены перпендикулярно длинным сторонам лент с их продольными ребрами 4. В качестве рулонированного материала используется техническая ткань, пригодная для укрепления грунтов на уклонах до 30 град, которая применяется при балластировке подземных трубопроводов. На уклонах, превышающих 30 град, используется полимерно-тканевый материал с двусторонним ПВХ-покрытием.

Указанные ткани являются высокопрочными, долговечными при использовании в грунте и на воздухе, хорошо сшиваются строчными швами на промышленных швейных машинах. Сшивание лент осуществляют высокопрочными нитками. Георешетка в сложенном виде представляет собой блок прямоугольной формы. Сложенное состояние георешетки характеризуется отсутствием зазоров (просветов) между ее смежными ребрами. Перед закреплением георешеток на грунте последний может быть уплотнен проходами гусеничной машины. Поверхность укрепляемого грунта, склонного к водной эрозии, может быть до закрепления георешеток выстлана нетканым синтетическим материалом (НСМ) или более прочной и менее деформативной технической тканью, которая хорошо защищает грунт от эрозии и, будучи водопроницаемой, не нарушает гидрологический режим местности. Малая деформативность технической ткани обеспечивает стабильное положение блоков георешетки на уклоне. Высокая механическая прочность на разрыв технической ткани позволяет ей воспринимать вес от георешеток на уклонах большой протяженности, снимая нагрузку со штырей крепления и разгружая блоки георешетки от веса соседних блоков.

При разворачивании блока георешетки из транспортного положения в рабочее ее укладывают ребрами 4 на грунт в растянутом положении. Рабочее положение георешетки характеризуется шестиугольной формой ее ячеек. Жесткость георешетки в рабочем положении обеспечивается за счет парных швов - сдваивания лент 1 при выполнении сдвоенных швов 2 и 3, расстояние между которыми не превышает половины расстояния между внутренними швами 5, 6 смежных пар швов, скрепляющих ленты и формирующих ячейку георешетки. Растянутое положение георешетки обеспечивают приложением расчетных, не превышающих предела прочности на растяжение лент или швов на раздир, поперечных и продольных усилий к крайним лентам 7, 8 блока георешетки. Закрепление ее на грунте производят штырями 9. Ячейки георешетки заполняют насыпным грунтом, например дренирующим материалом - щебнем, после чего штыри 9 демонтируют и используют для закрепления на грунте очередного блока георешетки. Отношение высоты ячейки к ее совпадающей с направлением откоса диагонали не должно превышать тангенса угла укрепляемого откоса грунта. При нарушении указанного соотношения возможно оголение укрепляемого откоса согласно фиг.5.

При применении НСМ или технической ткани штыри забивают в грунт через полотнища выстилающего материала. Для гашения скорости течения воды под георешеткой в случае применения НСМ нижние по уклону края полотнищ НСМ следует заводить в стыковочный шов между смежными блоками георешеток.

Технология применения георешеток на уклонах более 45 град заключается в следующем.

Укрепление откоса начинают с подошвы откоса, на которой размещают нижнюю георешетку 10 (см. фиг.4). Примыкающие к откосу ячейки частично врезают в откос и закрепляют штырями. Георешетку заполняют дренирующим материалом, после чего на ней со смещением в сторону откоса размещают следующую георешетку, закрепляют ее к откосу, и ячейки георешетки также заполняют дренирующим материалом. При высоте откоса более 2 м и крутизне откоса более 45 град стенку из георешеток через каждые 1,6-2 м по высоте врезают в укрепляемый откос на глубину 200-400 мм и закрепляют в нем с целью разгрузки георешеток и передачи веса дренирующего материала на грунт откоса.

Изобретение относится к строительству и используется при сооружении трубопроводов на склонах, при строительстве вдольтрассовых проездов магистральных трубопроводов, при сооружении дорог и гидротехнических сооружений. Укладывают на грунт георешетку, имеющую сотовую структуру и выполненную из скрепленных между собой в шахматном порядке соединительными швами набора гибких лент. Закрепляют ее на грунте с натяжением и заполнением ее ячеек сыпучим материалом. Полосы георешетки выполнены из мягких рулонированных материалов, а ячейки георешетки имеют форму шестиугольника, для чего скрепляющие швы выполнены парными - сдвоенными и равнопрочными материалу лент, с расстоянием между сдвоенными швами, не превышающим половины расстояния между внутренними швами пар швов, формирующих ячейки георешетки. Откосы с крутизной, превышающей 45 град, укрепляют стенками из набора горизонтально расположенных георешеток. Укрепление начинают от подошвы откоса и каждый последующий слой укладывают со смещением в сторону откоса с частичным врезанием в откос примыкающих к нему ячеек георешетки. Предотвращает эрозию грунтов. 3 с. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ армирования слабых грунтов оснований и откосов, заключающийся в укладке на грунт имеющей сотовую структуру и выполненной из скрепленных между собой в шахматном порядке соединительными швами набора гибких лент георешетки с ее натяжением и закреплением на грунте с последующим заполнением ее ячеек сыпучим материалом, отличающийся тем, что полосы георешетки выполнены из мягких рулонированных материалов, а ячейки георешетки имеют форму шестиугольника, для чего скрепляющие швы выполнены парными - сдвоенными и равнопрочными материалу лент с расстоянием между сдвоенными швами, не превышающим половины расстояния между внутренними швами пар швов, формирующих ячейки георешетки.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поверхность склонного к водной эрозии укрепляемого грунта предварительно выстилают нетканым синтетическим материалом (НСМ) или водопроницаемой технической тканью.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для предотвращения вымывания сыпучего материала из ячеек георешетки отношение высоты ячейки георешетки к ее совпадающей с направлением откоса диагонали составляет не меньше тангенса угла наклона укрепляемого откоса.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при крутизне укрепляемого откоса до 30° в качестве мягкого рулонированного материала используют техническую ткань.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при крутизне укрепляемого откоса более 30° в качестве мягкого рулонированного материала используют полимерно-тканевый материал.6. Способ армирования слабых грунтов оснований и откосов, заключающийся в укладке на грунт имеющей сотовую структуру и выполненной из скрепленных между собой в шахматном порядке соединительными швами набора гибких лент георешетки с ее натяжением и закреплением на грунте, с последующим заполнением ее ячеек сыпучим материалом, отличающийся тем, что на откосах с крутизной, превышающей 45°, укрепление откоса осуществляют стенками из набора горизонтально расположенных георешеток, при этом укрепление начинают от подошвы откоса и каждый последующий слой укладывают со смещением в сторону откоса, причем георешетки укладывают с частичным врезанием в откос примыкающих к нему ячеек георешетки, полосы которой выполнены из мягких рулонированных материалов, а ее ячейки имеют форму шестиугольника, для чего скрепляющие швы выполнены парными - сдвоенными и равнопрочными материалу лент с расстоянием между сдвоенными швами, не превышающим половины расстояния между внутренними швами пар швов, формирующих ячейки георешетки.7. Способ по п.6, отличающийся тем, что при высоте откоса более 2 м стенку из георешеток через каждые 1,6-2 м по высоте врезают в укрепляемый откос на глубину 200-400 мм и закрепляют в нем.8. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве мягкого рулонированного материала используют техническую ткань или полимерно-тканевый материал.9. Георешетка, содержащая набор гибких лент, скрепленных расположенными в шахматном порядке, перпендикулярными длинным сторонам гибких лент швами с возможностью образования заполняемой насыпным грунтом ячеистой структуры при укладке набора гибких лент их длинными кромками на укрепляемый грунт и приложении поперечных и продольных расчетных растягивающих усилий к крайним лентам с последующей фиксацией на грунте ячеек по периметру растянутого набора гибких лент, отличающаяся тем, что для увеличения устойчивости, прочности и поперечной жесткости георешетки гибкие ленты изготовлены из мягких рулонированных материалов, а ячейки георешетки имеют форму шестиугольника, для чего скрепляющие швы выполнены равнопрочными материалу лент и сдвоенными с расстоянием между сдвоенными швами, не превышающим половины расстояния между внутренними швами пар, формирующих ячейки георешетки.10. Георешетка по п.9, отличающаяся тем, что внешняя лента в наборе гибких лент выполнена сдвоенной или из материала с более высокими механическими свойствами и светостойкостью.11. Георешетка по п.9 или 10, отличающаяся тем, что отношение высоты ячейки к ее совпадающей с направлением откоса диагонали не меньше тангенса угла откоса укрепляемого грунта.