ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ КАРКАС С ЯЧЕИСТОЙ СТРУКТУРОЙ ДЛЯ АРМИРОВАНИЯ ГРУНТОВ (ВАРИАНТЫ) И ЛЕНТА ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК E02D17/20 

Изобретение относится к области строительства, а именно для армирования грунтов при строительстве дорог, в том числе и на основаниях, сложенных структурно-неустойчивыми грунтами, а также для укрепления откосов дорог, откосов береговых линий и русел водоемов, откосов карьеров горнорудной промышленности, гидротехнических сооружений и т.п.

Наиболее близкой к заявленной является лента, выполненная из полимерного материала (патент РФ №2129189, приоритет 1998.06.04).

Наиболее близким по технической сущности к заявленному пространственному каркасу является пространственный каркас с ячеистой структурой для армирования грунтов, выполненный из полимерных лент, установленных на ребра и соединенных между собой сварными швами в шахматном порядке, при этом ленты изготовлены из состава, содержащего смесь полиэтилена высокого давления и полиэтилена низкого давления, а швы расположены вертикально или наклонно по отношению к ребрам лент на расстоянии 0,2-1,0 м друг от друга и имеют прочность при частоте сварки 18-25 кГц не менее 100 кг/см² (патент РФ №2129189, приоритет 1998.06.04).

Основным недостатком известной ленты и самого пространственного каркаса является невозможность ориентирования лент, составляющих пространственный каркас, относительно действия максимальных нагрузок в теле насыпи или на грунтовом откосе, в связи с чем имеет место завышенная материалоемкость каркаса. Положение лент в пространственном каркасе обуславливает неопределенность в их напряженно-деформированном состоянии, неиспользование прочностных свойств самих лент, которые испытывают в основном изгибающие нагрузки. Кроме этого, при создании арматурного каркаса необходимо использовать сварку лент, что требует дорогостоящего оборудования и обеспечения равнопрочности всех сварных швов. При работе пространственного каркаса в теле насыпи или на откосе в сварном шве каркаса могут возникнуть значительные нагрузки, направленные на разрыв шва, что может привести к разрушению шва и всего каркаса в целом.

При создании настоящего изобретения решалась техническая задача обеспечения максимального использования прочности ленты на растяжение и снижение материалоемкости каркаса.

Кроме этого, при работе заявленных лент в составе пространственного каркаса, уложенного в дорожную конструкцию или на откосе, используется основополагающий принцип армирования строительных конструкций, а именно с учетом направления действия максимальных напряжений.

Поставленная техническая задача в обоих вариантах ленты решается тем, что лента пространственного каркаса для армирования грунтов, изготовленная из полимерного материала, согласно данного изобретения имеет прорези, расположенные по длине ленты на одинаковом расстоянии друг от друга и выполненные перпендикулярно длинному торцу ленты. Глубина h_п каждой прорези в ленте равна половине ширины ленты b_л±5%, а ширина каждой b_п прорези - не меньше чем толщина ленты t_л, а расстояние от крайних прорезей до короткого торца ленты лежит в пределах от 0.2 м до 1.0 м.

В первом варианте оппозитно каждой прорези на другой половине ширины ленты выполнены выемки. Глубина h_в каждой выемки в ленте лежит в пределах (0,1÷0,2) ширины ленты b_л.

Каждая выемка в ленте может быть выполнена с шириной b_в, превышающей толщину ленты t_л на (10÷30)%. При этом один край каждой выемки смещен по длине ленты от вертикали, являющейся продолжением границы прорезь - лента, на величину d, равную толщине ленты t_л.

Ширина b_в каждой выемки в ленте может находиться в пределах (2÷10) толщин ленты t_л. При этом один край каждой выемки смещен по длине ленты от вертикали, являющейся продолжением границы прорезь - лента, на величину d, равную толщине ленты t_л.

Во втором варианте по обе стороны от каждой прорези вблизи нее и торца выполнены отверстия, оппозитно которым вблизи противоположного торца ленты выполнены два отверстия.

В обоих вариантах лент на участках между крайними прорезями и короткими торцами лент могут быть выполнены отверстия для установки крепежных элементов при наращивании лент (сборке смежных каркасов), а в лентах могут быть выполнены дренажные отверстия.

Поставленная техническая задача в части пространственного каркаса с ячеистой структурой для армирования грунтов в обоих вариантах решается тем, что пространственный каркас, выполненный из полимерных лент, установленных на ребра и соединенных между собой, согласно изобретению состоит из продольных и поперечных полимерных лент, формирующих четырехугольные, преимущественно прямоугольные ячейки, шаг L_пр между центрами прорезей в продольных лентах равен или отличается от шага L_пп между центрами прорезей в поперечных лентах, продольные ленты размещены прорезями кверху, в которые вставлены поперечные ленты прорезями вниз, образуя узлы сопряжения.

В первом варианте пространственный каркас выполнен из лент с выемками, при этом в выемках продольных лент размещены полимерные полоски, скрепленные с поперечными лентами, а в выемках поперечных лент размещены полимерные полоски, скрепленные с продольными лентами.

Во втором варианте пространственный каркас изготовлен из лент с отверстиями, выполненными по обе стороны от каждой прорези вблизи нее и торца, оппозитно которым вблизи противоположного торца ленты выполнены два отверстия. В верхней части пространственного каркаса в отверстиях, выполненных в продольных лентах, и отверстиях, выполненных в поперечных лентах, а также в нижней части пространственного каркаса в отверстиях, выполненных в продольных лентах, и отверстиях, выполненных в поперечных лентах, размещены крепежные элементы, объединяющие шарнирно-продольные и поперечные ленты пространственного каркаса. Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 представлен вид сбоку на ленту по первому варианту;

- на фиг.2 - вид сбоку на ленту по второму варианту;

- на фиг.3 - вид сверху на пространственный каркас по первому варианту, выполненный из лент по первому варианту;

- на фиг.4 - разрез А-А на фиг.3;

- на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.3;

- на фиг.6 - вид сверху на узел сопряжения продольной и поперечной лент пространственного каркаса по второму варианту, выполненного из лент по второму варианту;

- на фиг.7 - разрез А-А на фиг.6;

- на фиг.8 - разрез Б-Б на фиг.6.

В обоих вариантах лента 1 пространственного каркаса для армирования грунтов, изготовленная из полимерного материала, имеет прорези 2, расположенные по длине ленты на одинаковом расстоянии друг от друга и выполненные перпендикулярно длинному торцу ленты. Глубина h_п каждой прорези 2 в ленте равна половине ширины ленты b_л±5%, а ширина каждой b_п прорези 2 - не меньше чем толщина ленты t_л. Расстояние от крайних прорезей 2 до короткого торца ленты лежит в пределах от 0.2 м до 1.0 м.

Величина глубины прорези в лентах определяется тем, чтобы в пространственном каркасе, который собирается из данных лент, торцы продольных и поперечных лент лежали бы в двух параллельных плоскостях.

Расстояние от крайних прорезей 2 до короткого торца ленты (от 0.2 м до 1.0 м) должно обеспечивать соединение лент при наращивании пространственных каркасов.

В первом варианте ленты оппозитно каждой прорези на другой половине ширины ленты выполнены выемки 3. Глубина h_в каждой выемки в ленте лежит в пределах (0,1÷0,2) ширины ленты b_л.

Каждая выемка 3 в ленте может быть выполнена с шириной b_в, превышающей толщину ленты t_л на (10÷30)%. При этом один край каждой выемки смещен по длине ленты от вертикали 4, являющейся продолжением границы прорезь - лента, на величину d, равную толщине ленты t_л.

Ширина b_в каждой выемки в ленте может находиться в пределах (2÷10) толщин ленты t_л. При этом один край каждой выемки смещен по длине ленты от вертикали 4, являющейся продолжением границы прорезь - лента, на величину d, равную толщине ленты t_л.

Во втором варианте ленты по обе стороны от каждой прорези вблизи нее и торца выполнены отверстия 5, оппозитно которым вблизи противоположного торца ленты выполнены по два отверстия 6.

На участках лент в обоих вариантах между крайними прорезями 2 и короткими торцами лент могут быть выполнены отверстия 7 для установки крепежных элементов (условно не показаны) при наращивании лент или соединения пространственных каркасов.

В лентах обоих вариантов могут быть выполнены дренажные отверстия (условно не показаны).

Пространственный каркас с ячеистой структурой для армирования грунтов состоит из продольных 8 и поперечных 9 полимерных лент, формирующих четырехугольные, преимущественно прямоугольные ячейки. Шаг L_пр между центрами прорезей в продольных лентах 8 равен или отличается от шага L_пп между центрами прорезей в поперечных лентах 9. Продольные ленты 8 размещены прорезями кверху, в которые вставлены поперечные ленты 9 прорезями вниз, образуя узлы сопряжения.

В первом варианте пространственного каркаса с ячеистой структурой для армирования грунтов в выемках 3 продольных лент 8 размещены полимерные полоски 10, скрепленные с поперечными лентами 9 (крепеж условно не показан), а в выемках 3 поперечных лент 9 размещены полимерные полоски 11, скрепленные с продольными лентами 8 (крепеж условно не показан). Ширина полимерных полосок 10 и 11 должна быть не больше глубин соответствующих выемок в лентах 9 и 8.

Полимерные полоски 10 и 11 крепятся к соответствующим лентам 9 и 8 любым известным образом, например металлическими скобами, устанавливаемыми при помощи степлера.

При глубине выемки, меньшей, чем 0,1 ширины ленты b_л, соответствующая ширина полимерной полоски не обеспечит достаточную совместную работу частей лент, которые примыкают к прорезям. При глубине выемки, большей, чем 0,2 ширины ленты b_л, значительно сокращается рабочее сечение ленты, что снижает ее несущую способность.

Полимерные полоски 10 и 11 выполняют две функции.

Во-первых, усиливают те части лент, которые примыкают к прорезям, воспринимая растягивающие нагрузки, а также передают нагрузки на соответствующие ленты 9 и 8. В связи с этим пространственные каркасы с ячеистой структурой для армирования грунтов, выполненные по первому варианту, необходимо ориентировать по отношению к действующим нагрузкам таким образом, чтобы полоски соприкасались с перпендикулярными им лентами.

Во-вторых, после крепления полосок 10 и 11 к соответствующим лентам 9 и 8 пространственный каркас становится неразъемным, что имеет большое значение при его укладке в дорожную конструкцию или на откосе.

Во втором варианте в верхней части пространственного каркаса в отверстиях 5, выполненных в продольных лентах 8, и отверстиях 6, выполненных в поперечных лентах 9, а также в нижней части пространственного каркаса в отверстиях 6, выполненных в продольных лентах 8, и отверстиях 5, выполненных в поперечных лентах 9, размещены крепежные элементы 12, объединяющие шарнирно-продольные и поперечные ленты пространственного каркаса.

После установки крепежных элементов 12 пространственный каркас становится неразъемным, что имеет большое значение при его укладке в дорожную конструкцию или на откосе.

Первый вариант пространственного каркаса с ячеистой структурой для армирования грунтов предназначен для сборки преимущественно в условиях строительной площадки, но может собираться и в заводских условиях.

Ленты с выемками шириной, превышающей толщину ленты t_л на (10÷30)%, следует использовать для сборки пространственного каркаса с ячеистой структурой для армирования грунтов преимущественно в условиях строительной площадки.

Ленты с выемками, ширина которых находится в пределах (2÷10) толщин ленты t_л, следует использовать для сборки пространственного каркаса с ячеистой структурой для армирования грунтов преимущественно в заводских условиях.

Второй вариант предназначен для сборки преимущественно в заводских условиях, но может собираться и в условиях строительной площадки.

Пространственные каркасы с ячеистой структурой для армирования грунтов, выполненные по второму варианту и по первому варианту с шириной выемок, находящейся в пределах (2÷10) толщин ленты t_л, могут быть сложены в пакет, длина которого составит сумму длин одной продольной и одной поперечной ленты.

Возможны два способа соединения пространственных каркасов между собой. По первому способу пространственные каркасы соединяют между собой путем совмещения с нахлестом продольных (поперечных) лент соседних каркасов и соединения лент металлическими скобами при помощи степлеров.

По второму способу пространственные каркасы соединяют между собой путем совмещения отверстий 7 продольных (поперечных) лент соседних каркасов и пропуска в них крепежных элементов, которыми могут служить стальные полосы или полосы из полимерного материала, которые должны быть снабжены фиксаторами положения совмещенных лент.

Пространственные ячеистые каркасы могут быть уложены на стеклосетки для исключения утапливания каркасов в грунт и повышения жесткости каркаса.

При армировании грунтов дорожного полотна, выполняемого без жесткого покрытия, для исключения образования колей шаг между продольными лентами должен быть меньше шага между поперечными лентами. Расстояние между крайними продольными лентами в пакете должно быть равно ширине дороги.

При армировании грунта для предотвращения обрушения откоса внутри дорожной насыпи, а также в зоне сопряжения дорожной насыпи со слабым основанием (в этом случае возможен захват призмой обрушения массива грунта слабого основания) повышенные нагрузки будут воспринимать поперечные ленты, в связи с чем расстояния между ними должны быть меньше, чем расстояния между продольными лентами.

При армировании грунтовых откосов повышенные нагрузки воспринимают ленты, расположенные перпендикулярно оси дороги (поперечные ленты), вследствие чего расстояния между ними должно быть меньше, чем расстояния между продольными лентами.

Изобретение относится к области строительства, а именно для армирования грунтов при строительстве дорог, в том числе и на основаниях, сложенных структурно-неустойчивыми грунтами, а также для укрепления откосов дорог, откосов береговых линий и русел водоемов, откосов карьеров горнорудной промышленности, гидротехнических сооружений и т.п. Достигаемый технический результат заключается в обеспечении максимального использования прочности ленты на растяжение и снижение материалоемкости каркаса. Всего предложено по два варианта ленты и каркаса. В обоих вариантах лента выполнена из полимерного материала и имеет прорези, расположенные по длине ленты на одинаковом расстоянии друг от друга и выполненные перпендикулярно длинному торцу ленты, глубина каждой прорези в ленте равна половине ширины ленты b_л±5%, а ширина каждой прорези - не меньше чем толщина ленты. В первом варианте на другой половине ширины ленты оппозитно каждой прорези выполнены выемки, глубина h_в каждой выемки в ленте лежит в пределах (0,1÷0,2) ширины ленты b_л, а расстояние от крайних прорезей до короткого торца ленты лежит в пределах от 0.2 м до 1.0 м. Во втором варианте по обе стороны от каждой прорези вблизи нее и торца выполнены отверстия, оппозитно которым вблизи противоположного торца ленты выполнены два отверстия, а расстояние от крайних прорезей до короткого торца ленты лежит в пределах от 0.2 м до 1.0 м. В обоих вариантах пространственный каркас с ячеистой структурой для армирования грунтов выполнен из продольных и поперечных полимерных лент, формирующих четырехугольные, преимущественно прямоугольные ячейки, шаг между центрами прорезей в продольных лентах равен или отличается от шага между центрами прорезей в поперечных лентах, продольные ленты размещены прорезями кверху, в которые вставлены поперечные ленты прорезями вниз, образуя узлы сопряжения лент. В первом варианте каркаса использована лента по первому варианту. В выемках продольных лент размещены полимерные полоски, скрепленные с поперечными лентами, а в выемках поперечных лент размещены полимерные полоски, скрепленные с продольными лентами. Во втором варианте каркаса использована лента по второму варианту. В отверстиях в верхней части пространственного каркаса, выполненных в поперечных и продольных лентах вблизи прорезей продольных лент, а также в отверстиях в нижней части пространственного каркаса, выполненных в продольных и поперечных лентах вблизи прорезей поперечных лент, размещены крепежные элементы, объединяющие шарнирно-продольные и поперечные ленты. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Лента пространственного каркаса для армирования грунтов, выполненная из полимерного материала, отличающаяся тем, что она имеет прорези, расположенные по длине ленты на одинаковом расстоянии друг от друга и выполненные перпендикулярно длинному торцу ленты, глубина h_л каждой прорези в ленте равна половине ширины ленты b_л±5%, а ширина b_п каждой прорези - не меньше, чем толщина ленты t_л, на другой половине ширины ленты оппозитно каждой прорези выполнены выемки, глубина h_в каждой выемки в ленте лежит в пределах (0,1÷0,2) ширины ленты b_л, а расстояние от крайних прорезей до короткого торца ленты лежит в пределах от 0.2 м до 1.0 м.2. Лента по п.1, отличающаяся тем, что каждая выемка в ленте выполнена с шириной b_в, превышающей толщину ленты t_л на (10÷30)%, при этом один край каждой выемки смещен по длине ленты от вертикали, являющейся продолжением границы прорезь-лента на величину d, равную толщине ленты t_л.3. Лента по п.1, отличающаяся тем, что каждая выемка в ленте выполнена с шириной b_в, лежащей в пределах (2÷10) толщин ленты t_л, при этом один край каждой выемки смещен по длине ленты от вертикали, являющейся продолжением границы прорезь-лента на величину d, равную толщине ленты t_л.4. Лента по п.2 или 3, отличающаяся тем, что между крайними прорезями и короткими торцами лент выполнены отверстия для установки крепежных элементов при наращивании лент во время соединения пространственных каркасов друг с другом.5. Лента по п.2 или 3, отличающаяся тем, что в ней выполнены дренажные отверстия.6. Лента пространственного каркаса для армирования грунтов, выполненная из полимерного материала, отличающаяся тем, что она имеет прорези, расположенные по длине ленты на одинаковом расстоянии друг от друга и выполненные перпендикулярно длинному торцу ленты, глубина h_п каждой прорези в ленте равна половине ширины ленты b_л±5%, а ширина b_п каждой прорези - не меньше, чем толщина ленты t_л, по обе стороны от каждой прорези вблизи нее и торца выполнены отверстия, оппозитно которым вблизи противоположного торца ленты выполнены два отверстия, а расстояние от крайних прорезей до короткого торца ленты лежит в пределах от 0,2 м до 1,0 м.7. Лента по п.6, отличающаяся тем, что между крайними прорезями и короткими торцами лент выполнены отверстия для установки крепежных элементов при наращивании лент во время соединения пространственных каркасов друг с другом.8. Лента по п.6, отличающаяся тем, что в ней выполнены дренажные отверстия.9. Пространственный каркас с ячеистой структурой для армирования грунтов, выполненный из полимерных лент, установленных на ребра и соединенных между собой, отличающийся тем, что он состоит из продольных и поперечных полимерных лент, формирующих четырехугольные, преимущественно прямоугольные ячейки, в лентах перпендикулярно длинному торцу выполнены прорези, расположенные по длине ленты на одинаковом расстоянии друг от друга, глубина h_п каждой прорези в ленте равна половине ширины ленты b_л±5%, а ширина b_п каждой прорези - не меньше, чем толщина ленты t_л, шаг L_пр между центрами прорезей в продольных лентах равен или отличается от шага L_пп между центрами прорезей в поперечных лентах, продольные ленты размещены прорезями кверху, в которые вставлены поперечные ленты прорезями вниз, образуя узлы сопряжения; в каждой ленте оппозитно каждой прорези выполнены выемки, в выемках продольных лент размещены полимерные полоски, скрепленные с поперечными лентами, а в выемках поперечных лент размещены полимерные полоски, скрепленные с продольными лентами.10. Пространственный каркас с ячеистой структурой для армирования грунтов, выполненный из полимерных лент, установленных на ребра и соединенных между собой, отличающийся тем, что он состоит из продольных и поперечных полимерных лент, формирующих четырехугольные, преимущественно прямоугольные ячейки, в лентах перпендикулярно длинному торцу выполнены прорези, расположенные по длине ленты на одинаковом расстоянии друг от друга, глубина h_п каждой прорези в ленте равна половине ширины ленты b_л±5%, а ширина b_п каждой прорези - не меньше, чем толщина ленты t_л, шаг L_пр между центрами прорезей в продольных лентах равен или отличается от шага L_пп между центрами прорезей в поперечных лентах, продольные ленты размещены прорезями кверху, в которые вставлены поперечные ленты прорезями вниз, образуя узлы сопряжения лент; по обе стороны от каждой прорези вблизи нее и торца выполнены отверстия, оппозитно которым вблизи противоположных торцов лент выполнены два отверстия, в отверстиях в верхней части пространственного каркаса, выполненных в поперечных и продольных лентах вблизи прорезей продольных лент, а также в отверстиях в нижней части пространственного каркаса, выполненных в продольных и поперечных лентах вблизи прорезей поперечных лент, размещены крепежные элементы, объединяющие шарнирно продольные и поперечные ленты.