Изобретение относится к строительству, в частности к конструкциям оснований грунтовых площадок, и может быть использовано при строительстве магистральных трубопроводов, при быстром возведении дорог, аэродромов, площадочных объектов, укреплении береговой полосы и различных откосов.
Известно устройство для быстрого возведения усиленных дорожных покрытий, представляющее собой полотно из тканевого водонепроницаемого материала, соединенное с грунтовым основанием посредством гибких анкеров, расположенных равномерно по площади покрытия (см. SU 1337457).
Известно также усиление покрытия аэродромов в виде натянутой металлической сети прямоугольной формы, укладываемой на грунтовую площадку и закрепленной в грунте посредством растяжек, расположенных равномерно по периметру сетки (см. US 2405565).
Недостатком указанных решений является то, что они не обеспечивают достаточную несущую способность покрытия, расположенного на слабом грунтовом основании, особенно в период распутицы.
Это объясняется тем, что покрытие в виде тканевого полотна или сети представляет собой тонкую мембрану, материал которой активно включается в работу под нагрузкой, направленной нормально к покрытию, при сравнительно больших местных деформациях.
Однако при динамическом воздействии строительной техники, транспортного средства развиваются контактные давления, превышающие предел прочности грунта, что приводит к его скольжению вдоль мембраны (в случае армирования грунта мембраной), вырыванию, выбросу комьев грунта и образованию колеи и выбоин дороги.
Из уровня техники известно покрытие, содержащее слои армированного георешетками грунта, гибкие разделительные прослойки из геотекстиля между ними и верхний несущий слой из каменных материалов. Георешетки выполняются из гладких пластин легких металлов, водостойкой бумаги, резины, полимерных материалов, соединенных между собой сваркой или склеиванием таким образом, что при растяжении они образуют ячеистую структуру.
Решетки устанавливаются вплотную одна к другой и засыпаются грунтом. Грунт уплотняется. Сверху укладываются внахлест полотна геотекстиля. Затем таким же способом формируется следующий слой армогрунта (US 4797026, Е01С 5/20).
Недостатком известного покрытия является его относительно невысокая несущая способность, что связано с выпиранием грунта из ячеек решетки при контактных давлениях, превышающих предел прочности грунта.
Это объясняется недостаточным сцеплением грунта со стенками георешетки. Вследствие этого при больших контактных нагрузках нарушается совместная работа георешетки с материалом заполнителя.
Кроме того, при такой схеме армирования слоя грунта ячейки георешетки снизу и сверху открыты (незамкнуты), а материал георешеток не обладает необходимой упругостью, вследствие хрупкости легко деформируется (вплоть до разрушения) и не обеспечивает восстановление формы ячеек после снятия нагрузки.
Известен способ армирования слабых грунтов оснований, откосов и георешетка для его осуществления (см. RU 2228479 С1, 10.05.2004, F16L 1/00). Известное устройство является наиболее близким к заявленной группе изобретений и содержит набор гибких лент, скрепленных расположенными в шахматном порядке швами с возможностью образования заполняемой насыпным грунтом ячеистой структуры.
Однако известное основание из ячеистых конструкций рассчитано, прежде всего, на восприятие сдвигающих статических нагрузок на уклонах, спортивных площадках.
Решаемой изобретением задачей является повышение несущей способности основания, способного воспринимать значительные нагрузки со стороны тяжелой строительной техники, нагрузок со стороны магистральных трубопроводов большого диаметра, от возводимых на заявленном основании промышленных объектов.
Указанная задача решается способом сооружения основания, в котором на подготовленном грунте размещают и закрепляют полученный последовательным наращиванием упругий слой - состоящее из грунтовых модулей с ячеистой структурой основание, для чего укладывают грунтовый модуль, размещают инвентарные анкеры в закрепленных на одной из сторон грунтового модуля монтажных проушинах, погружают инвентарные анкеры в грунт, а для формирования ячеистой структуры грунтового модуля прикладывают тяговое усилие к инвентарным анкерам, предварительно размещенным в закрепленных на противоположной стороне грунтового модуля монтажных проушинах, и, не снимая тягового усилия, погружают инвентарные анкеры в грунт, заполняют насыпным материалом ячейки грунтового модуля, при этом наращивание основания ведут путем размещения смежных грунтовых модулей с попарным размещением концевых вершин ячеистых структур смежных грунтовых модулей напротив друг друга, а боковые монтажные полости перекрывают с образованием ячеек фартуками, закрепленными на концевых боковых поверхностях грунтовых модулей.
В частных случаях выполнения способа инвентарные анкеры погружают в скважины, для чего предварительно с заданным шагом в грунте выполняют соответствующие грунтовым модулям ряды скважин.
Кроме того, заполнение ячеек грунтового модуля насыпным материалом ведут с его уплотнением, при этом заполненные ячейки грунтовых модулей сверху перекрывают полотнищами дренирующего рулонированного материала, а по боковым сторонам основания с перекрытием дневной поверхности грунта создают отсыпку из насыпного материала с образованием угла естественного откоса с последующим укреплением ее откосов георешетками или посевом трав.
Также задача решается частным случаем выполнения способа, в котором над состоящим из грунтовых модулей основанием создают слой насыпного материала с перекрытием его дренирующими рулонированными полотнищами, при этом формируют слой насыпного материала с образованием заданных уклонов от продольной оси основания к его боковым сторонам. Кроме того, прилегающую к боковым сторонам основания дневную поверхность грунта на ширину отсыпки предварительно перекрывают теплозащитными экранами непрерывно или с оставлением свободных заданного размера полос дневной поверхности грунта.
При этом предварительно прилегающую к боковым сторонам основания дневную поверхность грунта на ширину отсыпки перекрывают последовательно геотекстильным материалом или силовыми мембранами и непрерывно или с оставлением заданного размера свободных полос дневной поверхности грунта теплозащитными экранами.
Кроме того, в частном случае осуществления способа размещают непосредственно под грунтовыми модулями перекрывающий подготовленный под основание грунт теплоизолирующий экран, уложенный непрерывно или с оставлением свободными заданных размеров полос указанного грунта.
Задача решается основанием, в котором размещаемый на подготовленном грунте упругий слой выполнен в виде набора грунтовых модулей, замкнутые ячейки которых заполнены насыпным материалом, при этом концевые вершины ячеистых структур смежных грунтовых модулей попарно размещены напротив друг друга, а боковые монтажные полости перекрываются с образованием ячеек фартуками, закрепленными на концевых боковых поверхностях грунтовых модулей, при этом фартуки смежных грунтовых модулей скрепляются между собой или с боковой поверхностью смежного грунтового модуля. При этом заполняющий ячейки грунтового модуля насыпной материал уплотнен.
В частном случае выполнения основания непосредственно под грунтовыми модулями размещается теплоизолирующий экран, уложенный непрерывно или с оставлением свободных заданного размера полос подготовленного под основание грунта.
Кроме того, при использовании основания на слабых грунтах оно снабжено последовательно размещенным под грунтовыми модулями слоем из рулонированного гибкого геотекстильного материала или силовой мембраной и теплоизолирующим экраном, уложенным непрерывно или с оставлением свободных заданного размера полос указанного грунта.
При использовании основания на вечномерзлых грунтах непосредственно под грунтовыми модулями размещается теплоизолирующий экран, уложенный непрерывно или с оставлением свободных заданного размера полос подготовленного под основание грунта.
Кроме того, по боковым сторонам основания с перекрытием дневной поверхности грунта создается отсыпка из насыпного материала с образованием угла естественного откоса и с укреплением ее откосов георешетками или посевом трав, а прилегающая к боковым сторонам основания дневная поверхность грунта предварительно перекрывается геотекстильным материалом или силовыми мембранами и/или теплозащитными экранами на ширину, не менее ширины основания отсыпки.
В частном случае выполнения изобретения над состоящим из грунтовых модулей основанием создается слой насыпного материала с перекрытием его дренирующим рулонированным материалом, при этом слой насыпного материала формируется с образованием заданных уклонов от продольной оси основания к его боковым сторонам.
Кроме того, замкнутые ячейки грунтовых модулей перед заполнением насыпным материалом предварительно напряжены растягивающими усилиями, приложенными к образующим грунтовые модули полотнищам, а заполненные насыпным материалом ячейки формирующих основание грунтовых модулей сверху перекрываются водонепроницаемым или дренирующим материалом.
Задача решается также грунтовым модулем, содержащим набор гибких элементов, скрепленных попарно расположенными в шахматном порядке швами с возможностью образования заполняемой насыпным материалом ячеистой структуры, в котором в качестве гибких элементов использованы полотнища текстильного материала, причем на концах попарно скрепленных гибких элементов закреплены монтажные проушины, отверстия которых ориентированы поперечно продольным сторонам гибких элементов. Кроме того, места расположения скрепляющих швов, за исключением концевых, усилены наложенными на гибкие элементы огибающими их кольцевыми лентами.
При этом кольцевые ленты выполнены гибкими с возможностью образования проушин, расположенных над продольными сторонами скрепленных полотнищ.
Кроме того, по одной из сторон или нескольким сторонам грунтового модуля на конце/концах внешних гибких элементов закреплены фартуки, снабженные элементами их крепления.
В частном случае выполнения грунтового модуля по одной из его сторон или по нескольким его сторонам между концами каждой пары скрепленных гибких элементов закреплена гибкая стенка.
Выполнение основания в виде грунтового модуля с пространственной ячеистой конструкцией, замкнутые ячейки которой предварительно напряжены и заполнены насыпным материалом при сохранении указанного предварительного напряжения в стенках ячеек, обеспечивает необходимую упругость и способность к восстановлению формы ячеек без вытекания из ячеек насыпного материала, например местного грунта, в случае приложения к основанию динамических нагрузок.
Уплотнение насыпного грунта, заполняющего ячеистую структуру грунтовых модулей, обеспечивает получение насыпного материала с плотностью естественных грунтов, что повышает физико-механичекие свойства основания, его долговечность. Уплотнение насыпного грунта в ячейках выполняют с использованием механических виброустройств, проходами тяжелых строительных машин. В случае использования в качестве насыпного материала комковатого мерзлого грунта его уплотнение осуществляют тем, что растопляют мерзлый грунт в ячейках грунтовых модулей, например, паровыми иглами. Выделенная при этом влага стекает к низу ячеек и обеспечивает смерзание грунтовых модулей с подстилающим грунтом, что повышает устойчивость возводимого основания.
Наличие проушин на противоположных стенках грунтового модуля обеспечивает фиксацию грунтового модуля на поверхности грунта, позволяет приложить растягивающие усилия для формирования ячеистой структуры грунтового модуля и скрепление их между собой.
Использование под основанием слоя из рулонированного и фильтрующего воду геотекстильного материала или силовой мембраны обеспечивает соответственно необходимый отвод выпадающих осадков, устраняет смещение ячеистой структуры, предотвращает смещение из ее ячеек насыпного грунта в подстилающий грунтовый слой, что особенно важно при сооружении покрытия на суглинистых и глинистых грунтах. Кроме того, использование теплоизолирующего экрана, отсыпки по боковым сторонам основания позволяет регулировать теплообмен между основанием и мерзлыми грунтами, устраняет их растепление и соответственно разрушение основания.
Использование полотнищ текстильного материала для изготовления грунтовых модулей обеспечивает получение ячеистой структуры с высотой ячеек до полутора метров. Это обеспечивает создание прочного устойчивого искусственного основания в пониженных местах рельефа, например, для выполненного из толстостенных не гибких труб магистрального трубопровода, который не может копировать рельеф дневной поверхности грунта.
Для сохранения прочности соединения образующих грунтовый модуль полотнищ места расположения скрепляющих швов, за исключением концевых, усилены наложенными на гибкие элементы огибающими их кольцевыми лентами, причем кольцевые ленты выполнены гибкими, например, из текстильного материала с возможностью образования проушин, расположенных над продольными сторонами соединенных полотнищ. Проушины предназначены для использования их в качестве грузовых петель, и их наличие обеспечивает удобный монтаж грунтовых модулей. Кроме того, указанные проушины могут быть использованы для скрепления модулей между собой, что также способствует повышению надежности сооружения за счет создания «монолитного» основания.
Поскольку грунтовый модуль имеет «ромбовидную» ячеистую структуру, то при создании основания в местах стыков отдельных грунтовых модулей вдоль продольных стенок основания образуются монтажные полости - «угловые» пустоты. Для их устранения по одной из его сторон между концами каждой пары скрепленных гибких элементов закреплена гибкая стенка, а на концах внешних гибких элементов закреплены фартуки, снабженные элементами их крепления. Указанные элементы обеспечивают создание «треугольных» ячеек по внешним границам основания, которые заполняют насыпным материалом совместно с заполнением ячеистой структуры грунтовых моделей. Теплоизолирующие экраны используют, например, на участках распространения мерзлых грунтов, подверженных воздействию морозобойных трещин, особенно в местах размещения водопропусков, на возвышениях микрорельефа.
Заявленная группа изобретений за счет указанных отличительных признаков позволяет повысить несущую способность искусственных оснований различного назначения в различных климатических условиях, возводимого на различных по физико-механическим свойствам грунтах, в том числе при многократном приложении локальной, ударной подвижной нагрузки, а также позволяет увеличить сроки эксплуатации и сократить расходы и время на обслуживание и содержание оснований.
Заявленное изобретение особенно эффективно при сооружении на суглинистых и глинистых грунтах, например, магистральных трубопроводов, промышленных площадок, укреплении откосов и береговых линий.
Изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг.1 представлен фрагмент основания, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - грунтовый модуль в сложенном («транспортном») положении; на фиг.4 - грунтовый модуль (упрощенное изображение).
На подготовленную грунтовую поверхность 1, например, с предварительно пробуренными рядами скважин 2 укладывают с нахлестом гибкие полотнища 3 геотекстильного материала с заданными фильтрующими свойствами. В зависимости от назначения основания, от типа подстилающих грунтов укладывают дополнительный слой из рулонированного гибкого материала - силовую мембрану 4 и располагают непосредственно под грунтовыми модулями 5 теплоизолирующий экран 6.
Полотнища 3 геотекстильного материала, например нетканого синтетического материала (НСМ), или силовую мембрану 4 подвергают предварительному натяжению, которое составляет до 10% от их разрывного усилия, и фиксируют натяжение инвентарными штырями (не показаны).
Уложенные полотнища образуют подстилающий слой для объемной ячеистой структуры грунтового модуля 5, который в транспортном положении представляет собой пакет, состоящий из скрепленных линейными швами 7 (продольных, поперечных, фигурных) гибких полотнищ 8, изготовленных преимущественно из рулонированных материалов. Места расположения скрепляющих швов, за исключением концевых, усилены наложенными на гибкие элементы огибающими их кольцевыми лентами 9, а на концах попарно скрепленных гибких элементов закреплены монтажные проушины 10, отверстия которых ориентированы поперечно продольным сторонам гибких элементов. В проушины 10, закрепленные вдоль одной стороны грунтового модуля, вставляют инвентарные анкеры 11 и погружают их в грунт или в предварительно пробуренные скважины 2, что обеспечивает фиксацию грунтового модуля. Расстояние между скважинами в ряду не превышает диагонали ячейки грунтового модуля, а расстояние между рядами скважин не превышает строительной длины грунтового модуля (равно рабочему расстоянию между проушинами противолежащих сторон).
Используя проушины противоположной стороны грунтового модуля, прикладывают растягивающее усилие к предварительно введенным в проушины инвентарным анкерам и, не снимая усилия, фиксируют грунтовый модуль инвентарными анкерами, путем погружения их в грунт или в скважины соответствующего ряда.
Ячейки зафиксированного таким образом грунтового модуля заполняют сыпучим материалом, например, отсевом крупностью предпочтительно до 10 мм или речным песком. В качестве сыпучего материала может быть использован местный грунт. Поскольку высота ячейки значительная (до 1,5 м), а ширина ячейки не менее ее высоты, то по мере заполнения ячеек вследствие гидростатического бокового давления насыпного материала происходит деформация боковых стенок и опорных краев ячеек, они подгибаются внутрь ячеек с формированием значительной опорной поверхности грунтового модуля, что улучшает его устойчивость. Заполнение ячеек грунтового модуля, в зависимости от его высоты и типа грунта, может сопровождаться уплотнением насыпного материала как различного вида вибраторами, так и проходами тяжелых строительных машин. При использовании в качестве насыпного материала местного смерзшегося комковатого грунта его уплотнение осуществляют с растеплением, например, паровыми иглами. При этом фракции грунта оседают по мере растепления слоями, а вода стекает вниз ячеек и способствует смерзанию грунтового модуля с промороженным грунтом дневной поверхности.
Наращивание основания ведут путем размещения смежных грунтовых модулей, при котором концевые вершины ячеистых структур смежных грунтовых модулей попарно размещают напротив друг друга, перекрывают монтажные «пустоты» фартуками 12, закрепленными на смежных концевых боковых поверхностях грунтовых модулей с образованием ячеек треугольного сечения, и закрепляют фартуки внахлест или на боковых поверхностях смежного грунтового модуля.
Возможен способ монтажа основания парными блоками, когда их смежные стороны фиксируют инвентарными анкерами, инвентарные анкеры блоков скрепляют между собой, а натяжение блоков осуществляют приложением усилий к инвентарным анкерам, размещенным в проушинах противоположных сторон блоков. Такая последовательность установки блоков обеспечивает восприятие реактивных усилий скрепленными парами инвентарных анкеров, что снижает требования к условиям их размещения в грунте, в скважинах.
Степень шероховатости, а также размеры и расположение ячеек грунтового модуля задаются, исходя из условия обеспечения надежного сцепления ячеистой конструкции с материалом, заполняющим ячейки ее структуры, а также с учетом обеспечения равномерного армирования грунта в пределах каждого грунтового модуля. Восстановление формы ячеек указанной конструкции после снятия нагрузки осуществляется за счет геометрии ее структуры и упругих свойств материала.
Размеры модулей 8 выбираются из соображений удобства их транспортировки и монтажа.
Высота объемной ячеистой структуры выбирается из условия обеспечения необходимой толщины основания, качественного уплотнения насыпного материала в ячейках грунтового модуля и оптимального соотношения ее прочностных свойств и веса.
При особо неблагоприятном сочетании нагрузок и климатических условий возможно перекрытие геотекстильным материалом ячеистой структуры после ее заполнения сыпучим материалом и устройство дренажной системы.
Заполненные насыпным материалом ячейки грунтового модуля, в зависимости от местных условий, сверху перекрывают с нахлестом полотнищами из водонепроницаемого или дренирующего рулонированного материала (не показан), а над состоящим из грунтовых модулей основанием создают слой 13 насыпного материала с перекрытием его водонепроницаемым или дренирующим геотекстильным материалом 14, при этом формируют слой насыпного материала с образованием заданных уклонов от продольной оси основания к его боковым сторонам.
Кроме того, при размещении основания на вечномерзлых грунтах непосредственно под грунтовыми модулями размещается перекрывающий подготовленный под основание грунт теплоизолирующий экран, уложенный непрерывно или с оставлением свободными заданной величины полос указанного грунта. По боковым сторонам состоящего из грунтовых модулей основания создают с уклоном от основания отсыпку из насыпного материала с перекрытием дневной поверхности грунта на величину не менее мощности сезонноталого слоя.
При этом прилегающую к боковым сторонам основания дневную поверхность грунта (в частном случае) перекрывают теплозащитными экранами на ширину не менее толщины сезонноталого слоя грунта.
Это обеспечивает сохранение мерзлого грунта под основанием и предохранение его от разрушения.
Теплоизолирующий экран, уложенный с оставлением заданной величины свободных полос подготовленного грунта под грунтовыми модулями, обеспечивает промерзание насыпного материала в ячейках грунтовых модулей и смерзание их с грунтом дневной поверхности, что обеспечивает дополнительную фиксацию основания. Такое выполнение особенно полезно при воздействии на основание сдвигающих усилий.
Проведенные исследования показали, что полотна НСМ обеспечивают усилие сцепления с водонасыщенным песком (W=25%) - 600 кгс/м, а с глиной в мягкопластичном состоянии - 700 кгс/м, не менее, что вполне обеспечивает стабильное положение ячеистой конструкции грунтовых модулей в таких не благоприятных условиях при приложении к покрытию сдвигающих динамических нагрузок.
Заявленная группа изобретений позволяет повысить несущую способность оснований магистральных трубопроводов, дорог и прочих сооружений, в том числе при многократном приложении локальной, ударной подвижной нагрузки, а также позволяет увеличить сроки эксплуатации и сократить расходы и время на содержание указанных промышленных площадок. Заявленное техническое решение особенно эффективно при сооружении на суглинистых и глинистых грунтах.
Изобретение относится к строительству, в частности к конструкциям оснований грунтовых площадок, и может быть использовано при строительстве магистральных трубопроводов, при быстром возведении дорог, аэродромов, площадочных объектов, укреплении береговой полосы и различных откосов. Способ сооружения основания, в котором на подготовленном грунте размещают и закрепляют полученный последовательным наращиванием упругий слой - состоящее из грунтовых модулей с ячеистой структурой основание, для чего укладывают грунтовый модуль, размещают инвентарные анкеры в закрепленных на одной из сторон грунтового модуля монтажных проушинах, погружают инвентарные анкеры в грунт. Для формирования ячеистой структуры грунтового модуля прикладывают тяговое усилие к инвентарным анкерам, предварительно размещенным в закрепленных на противоположной стороне грунтового модуля монтажных проушинах, и, не снимая тягового усилия, погружают инвентарные анкеры в грунт, заполняют насыпным материалом ячейки грунтового модуля. Наращивание основания ведут путем размещения смежных грунтовых модулей с попарным размещением концевых вершин ячеистых структур смежных грунтовых модулей напротив друг друга. Боковые монтажные полости перекрывают с образованием ячеек фартуками, закрепленными на концевых боковых поверхностях грунтовых модулей. Технический результат - повышение несущей способности оснований магистральных трубопроводов, дорог, и прочих сооружений, а также увеличение сроков эксплуатации и сокращение расходов и времени на содержание указанных промышленных площадок. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.
US 5580190 А, 03.12.1996 | |||
ГЕОМАТ | 2001 |
|
RU2180030C1 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ ОТКОСОВ И ДОРОЖНОГО ОСНОВАНИЯ | 1999 |
|
RU2152479C1 |
СПОСОБ АРМИРОВАНИЯ СЛАБЫХ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ И ОТКОСОВ (ВАРИАНТЫ) И ГЕОРЕШЕТКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2003 |
|
RU2228479C1 |
СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ ОТКОСОВ ДОРОГ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 1995 |
|
RU2081234C1 |
КОНСТРУКЦИЯ УКРЕПЛЕНИЯ ОТКОСОВ | 1997 |
|
RU2121038C1 |
КОФЕВАРКА | 1996 |
|
RU2185769C2 |
Авторы
Даты
2008-11-20—Публикация
2006-09-28—Подача