КОМБИНИРОВАННАЯ ПОДПОРНАЯ СТЕНКА Российский патент 2005 года по МПК E02B3/06 E02B3/12 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в качестве устройства для укрепления склонов, берегоукрепительных конструкций в размываемых руслах рек, каналов и других сооружениях.

Известно устройство габион [1], состоящий из металлической сетчатой оболочки и заполнителя в виде активного металлургического шлака.

Недостатками данного технического решения являются:

- сетка габионов может подвергаться сильному истиранию наносами в процессе эксплуатации;

- несущая способность на изгиб и на сдвиг такой конструкции достаточно низкая;

- конструкция и способ ее строительства достаточно сложен;

- как такое техническое решение неэффективно применять для крепления высоких откосов.

Наиболее близким техническим решением габионная подпорная стенка [2], включающая уложенную слоями габионы из сеток и камней. Недостатками данного технического решения являются:

- жесткость конструкции габиона недостаточная так, как нет связи между слоями внутри габиона и между габионами;

- форма каркаса габиона является изменяемой;

- несущая способность на изгиб и на сдвиг такой конструкции достаточно низкая;

- в экономическом отношении не является благоприятным техническим решением.

Цель изобретения - повышение несущей способности при работе на изгиб и сдвиг и защита подпорной стенки от истирания наносами.

Поставленная цель достигается тем, что комбинированная стенка прямоугольного или другого сечения состоит из параболических цилиндров, имеющих поперечную или продольную ориентацию направлению движения потока. Комбинированная подпорная стенка из параболических цилиндров сооружается, постепенно для этого вначале в основании укладывается нижняя сетка. Сетка укладывается со смещением и образованием нахлеста. В месте нахлеста сетки соединяются между собой соединительной проволокой. Соединительная проволока скручивается устройством для скручивания проволоки, имеющим для этого два специальные отверстия, в которые просовываются концы соединительной проволоки и далее рычагом, скручиваются тем самым, образуется прочное соединение. На образованный таким образом ковер из сетки укладываются формы, имеющие форму параболических цилиндров. Парабола, лежащая в основании параболического цилиндра, описывается уравнением

Y=kX²;

где X, Y - соответственно абсцисса и ордината параболы, лежащей в основании параболического цилиндра; k - коэффициент.

Найдем величину коэффициента k зная, что и когда

Y=h;

где B_r, h_r - соответственно ширина и высота габионов,

B_г=(2-4)h_г. Отсюда

или

Окончательно получим уравнение

.

В загрузочное отверстие формы заполняется камень с образованием слоя камней, имеющий аналогичную форму, после чего она снимается. По верхнему слою камней, имеющих форму параболических цилиндров, прокладывается верхняя сетка разматыванием рулонов, которая, облегая его, прикрепляется с помощью соединительной проволоки к нижнему слою сетки (фиг.3). Каждый отдельный параболический цилиндр на одном погонном метре длины имеет 6-10 креплений соединительной проволокой толщина, которой обычно 4-5 мм и предел прочности на растяжение может достигать 800-1300 кг. Таким образом привязанные параболические цилиндры имеют повышенную устойчивость против сдвиговых и изгибающих сооружение нагрузок.

Причем ориентация параболических цилиндров может быть как поперечной, так и продольной (фиг.1, 2) по отношению к направлению движения водного потока. Наиболее благоприятной ориентацией, при комбинированном креплении является поперечная, так как образованные параболические цилиндры при такой ориентации имеют повышенную конструктивную жесткость на сжатие и на изгиб, поэтому меньше деформируются в процессе эксплуатации и наиболее устойчивы при работе на изгибающие нагрузки.

Одна сторона подпорной стенки, которая работает на сжатие, бетонируется. Известно, что прочность бетона на сжатие в десятки раз больше, чем на растяжение, а это значительно усилит несущую способность конструкции при работе на изгиб. Толщина слоя бетона зависит от величины расчетного изгибающего момента. Бетон также является надежной защитой стенки от истирания наносами.

Другая сторона комбинированной подпорной стенки, которая работает на растяжение, может быть усилена арматурным каркасом. Известно, что у железа большой предел прочности при работе на растяжение. Толщина рабочей арматуры зависит от величины расчетного изгибающего момента.

Наиболее благоприятной высотой габионов является h_r=0.2-0.5 м. При такой высоте габионов ширина колеблется в пределах В_r=0.5-1.0 м и камни, находящиеся под сеткой максимально закреплены за счет силы трения камней о боковую поверхность сетки. Сила трения о боковую поверхность в этом случаи превосходит вес камней, и они не будут выпадать из сетки, если даже габионы из параболических цилиндров привести вертикальное положение.

Далее по слою из параболических цилиндров укладывается второй слой габионов из параболических цилиндров, который прикрепляется соединительной проволокой к гребням нижнего слоя (фиг.3). Гребни второго слоя габионов сдвинуты относительно гребней нижнего слоя габионов. За вторым следует третий и так последовательно сооружается высокая комбинированная подпорная стенка высота, которой может достигать больших размеров, а стенка при этом остается тонкой, так как конструкция способна работать на изгибающие нагрузки.

Для улучшения работы комбинированной подпорной стенки форма поперечного сечения может быть трапецеидальной с расширенным основанием (фиг.5). В этом случаи снижается давление на грунт основания и повышается устойчивость сооружения на опрокидывание.

Для усиления несущей способности при работе на изгибающие нагрузки, а также устойчивости сооружения на опрокидывание, стенка может иметь ступенчатую форму поперечного сечения с уменьшающейся шириной ступеней к верху (фиг.7). Плоская сторона стенки при этом примыкает к подпираемому грунту тем самым смещается центр тяжести подпорной стенки и увеличивается удерживающий от опрокидывания момент.

Значительно усиливается несущая способность на изгибающие нагрузки и устойчивость комбинированной подпорной стенки, если она имеет тавровую форму поперечного сечения (фиг.9) полкой, ориентированной вниз. На полку со стороны подпираемого грунта давит вес вышележащего грунта, что усиливает устойчивость сооружения на сдвиг и опрокидывание. У этой конструкции значительно снижаются удельные нагрузки и на грунт основания.

Экономичным и эффективным вариантом при работе на изгибающие нагрузки является Г-образная форма поперечного сечения (фиг.11). Такую конструкцию эффективно использовать в качестве берегоукрепительных сооружений в размываемых руслах при защите берегов рек или каналов от размыва. Передняя часть при этом может использоваться в качестве фартука. Для этого фартук имеет более удлиненную конструкцию и при подмыве может опускаться не влияя на устойчивость сооружения в целом.

На фиг.1 изображено поперечное сечение комбинированной подпорной стенки с поперечной ориентацией параболических цилиндров направлению движения потока; на фиг.2 - поперечное сечение комбинированной подпорной стенки с продольной ориентацией параболических цилиндров направлению движения потока; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - график параболы; на фиг.5 - комбинированная подпорная стенка с трапецеидальной формой поперечного сечения; на фиг.6 - арматурный каркас, вид В на фиг.5; на фиг.7 - ступенчатая комбинированная подпорная стенка; на фиг.8 - арматурный каркас, вид С на фиг.7; на фиг.9 - комбинированная подпорная стенка с тавровой формой поперечного сечения и полкой, ориентированной вниз; на фиг.10 - разрез Д-Д на фиг.7; на фиг.11 - Г-образная комбинированная подпорная стенка; на фиг.12 - разрез Е-Е на фиг.11.

Откосное крепление 1 упирается на комбинированную подпорную стенку прямоугольного сечения 2, состоящую из бетона 3 параболических цилиндров 4, имеющих поперечную или продольную ориентацию направлению движения потока. Комбинированная подпорная стенка из параболических цилиндров 4 сооружается, постепенно и в основании вначале укладывается нижняя сетка 5, а сверху камни 6 покрываются верхней сеткой 7, которая закрепляется соединительной проволокой 8 к нижней сетке 5. Комбинированная подпорная стенка может иметь трапецеидальную 9 форму поперечного сечения со стороны, работающей на растяжение усиленной арматурным каркасом 10. Комбинированная подпорная стенка может иметь ступенчатую 11 тавровую 12 форму поперечного сечения, в бетонном покрытии которой предусмотрены конструктивно-деформационные швы 13. Комбинированная подпорная стенка может иметь и Г-образную 14 форму поперечного сечения.

Комбинированная подпорная стенка сооружается и работает следующим образом. На подготовленном основании укладывается нижний слой сетки 5. Сетка 5 укладывается со смещением и образованием нахлеста. В месте нахлеста сетки 5 соединяются между собой соединительной проволокой 8. На образованный таким образом ковер из сетки 5 укладываются формы, имеющие форму параболических цилиндров (фиг.4). Парабола, лежащая в основании параболического цилиндра (фиг.4), описывается уравнением

Y=kX²,

где X, Y - соответственно абсцисса и ордината параболы, лежащей в основании параболического цилиндра; k - коэффициент.

Найдем величину коэффициента k зная, что и когда

Y=h;

где B_r, h_r - соответственно ширина и высота габионов,

B_г=(2-4)h_r. Отсюда

или

Окончательно получим уравнение

В загрузочное отверстие формы заполняется камень 6 с образованием слоя камней, имеющий аналогичную форму, после чего она снимается. По верхнему слою камней 6, имеющих форму параболических цилиндров, прокладывается верхняя сетка 7 разматыванием рулонов, который, облегая его, прикрепляется с помощью соединительной проволоки 8 к нижнему слою сетки 5 (фиг.3). Причем ориентация параболических цилиндров может быть как поперечной, так и продольной (фиг.1, 2) по отношению к направлению движения водного потока. Наиболее благоприятной ориентацией является поперечная, так как образованные параболические цилиндры при такой ориентации имеют повышенную конструктивную жесткость на сжатие и на изгиб, поэтому меньше деформируются в процессе эксплуатации и наиболее устойчивы при работе на изгибающие нагрузки. Та сторона комбинированной подпорной стенки, которая контактирует с водой и при изгибе, работает на сжатие, покрывается бетоном 3. Известно, что несущая способность бетона при работе на сжатие в десятки раз больше, чем несущая способность бетона при работе на растяжение.

Наиболее благоприятной высотой габионов является h_r=0.2-0.5 м. При такой высоте габионов ширина колеблется в пределах В_r=0.5-1.0 м и камни, находящиеся под сеткой 7, максимально закреплены за счет силы трения камней 6 о боковую поверхность сетки 7. Сила трения о боковую поверхность в этом случаи превосходит вес камней, и они не будут выпадать из сетки 7, если даже габионы из параболических цилиндров 4 привести вертикальное положение.

Далее по слою габионов из параболических цилиндров 4 укладывается второй слой габионов из параболических цилиндров 4, который прикрепляется соединительной проволокой 7 к гребням нижнего слоя (фиг.2). Гребни второго слоя габионов сдвинуты относительно гребней нижнего слоя габионов. За вторым следует третий и так последовательно сооружается высокая комбинированная подпорная стенка, высота которой может достигать больших размеров, а стенка при этом оставаться тонкой, так как конструкция способна работать на большие изгибающие нагрузки.

Для улучшения работы комбинированной подпорной стенки форма поперечного сечения может быть трапецеидальной 9 с расширенным основанием (фиг.5). В этом случаи снижается давление на грунт основания и повышается устойчивость сооружения на опрокидывание. Другая сторона стенки, которая находится в растянутом состоянии усиливается арматурным каркасом 10 (фиг.8), что значительно повысит несущую способность при работе стенки на изгиб.

Для повышения несущей способности при работе на изгибающие нагрузки, а также устойчивости сооружения на опрокидывание, стенка может иметь ступенчатую форму поперечного сечения 11 с уменьшающейся шириной ступеней к верху (фиг.7).

Значительно усиливается несущая способность на изгибающие нагрузки и устойчивость комбинированной подпорной стенки, если она имеет тавровую форму поперечного сечения 12 (фиг.9) полкой, ориентированной вниз. У этой конструкции значительно снижаются удельные нагрузки и на грунт основания.

Экономичным и эффективным вариантом при работе на изгибающие нагрузки является Г-образная форма поперечного сечения 14 (фиг.11). Такую конструкцию эффективно использовать в качестве берегоукрепительных сооружений в размываемых руслах. Передняя часть при этом может использоваться в качестве фартука и защищена бетоном 3 на истирания, а для улучшения работы на фартуке предусмотрены конструктивно-деформационные швы 13.

Предлагаемая комбинированная подпорная стенка дешевле и надежнее в работе известных аналогичных технических решений. При этом экономичность этих сооружений в 1,5-2 раза больше, так как конструкция способна работать на изгибающие нагрузки.

Источники информации

1. А.с.1141143 СССР, МКИ Е 02 В 3/12. Габион/Саратов И.Е, Свиренко Л.П. и Шерков И.А. (СССР); Заяв. 14.09.83; опубл. 23.02.85, Бюл. №7 (аналог).

2. Алтунин С.Т. “Регулирвоание русел”. Государственное издательство сельскохозяйственной литературы. Москва, 1956, с.63-64, рис. 37-39 (прототип).

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для укрепления берегов рек и каналов. Стенка состоит из уложенных слоями габионов из сеток и камней. Габионы выполнены в виде параболических цилиндров, ориентированных поперек или вдоль направления движения потока и соединенных между собой со смещением гребней габионов верхних слоев относительно гребней габионов нижних слоев, к которым они прикреплены. Стенка с одной стороны покрыта бетоном, при этом парабола, лежащая в основании параболического цилиндра, описывается уравнением где X, У - соответственно абсцисса и ордината параболы; B_г, h_г - соответственно ширина и высота габионов, В_г=(2-4)h_г. Стенка с другой стороны может быть усилена арматурным каркасом. В отдельных случаях она может иметь ступенчатую форму поперечного сечения с уменьшающейся кверху шириной ступеней, или тавровую форму поперечного сечения с ориентированной вниз полкой, служащей фундаментом, или Г-образную форму поперечного сечения. Изобретение повышает надежность сооружения, увеличивает его долговечность, уменьшает экономические затраты на его возведение. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Комбинированная подпорная стенка, включающая уложенные слоями габионы из сеток и камней, отличающаяся тем, что габионы выполнены в виде параболических цилиндров, ориентированных поперек или вдоль направления движения потока и соединенных между собой со смещением гребней габионов верхних слоев относительно гребней габионов нижних слоев, к которым они прикреплены, а стенка с одной стороны покрыта бетоном, при этом парабола, лежащая в основании параболического цилиндра, описывается уравнением

где X, Y - соответственно абсцисса и ордината параболы;

B_г, h_г - соответственно ширина и высота габионов, В_г=(2-4)h_г.