СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ МЯГКОГО ГРУНТА ДЛЯ ДАМБЫ ИЛИ ОТВАЛА И ДАМБА ИЛИ ОТВАЛ Российский патент 2014 года по МПК E02D27/40 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу стабилизации дамбы или отвала на мягком, зыбком грунте, таком, как ил или торф, в частности, посредством этого способа стабилизируют изготовленную посредством насыпания дамбу, по которой прокладывают улицу, рельсовые пути или соответствующую проезжую дорогу. Этим способом стабилизируют даже образованный при насыпании руды, угля, кокса, гравия, песка или подобных материалов отвал, возводимый на зыбком грунте. Изобретение относится также к дамбе или отвалу.

Уровень техники

При насыпании дамбы или отвала на мягком, зыбком грунте мягкий грунт под нагрузкой насыпи нажимает на мягкий грунт вниз и наружу, в сторону наименьшего сопротивления. Эти движения подстилающего грунта приводят к недопустимым оседаниям, деформированиям, локальным разломам и соответствующим повреждениям дамбы или отвала. Кроме того, разрушаются проложенные через дамбу проезжие дороги или питающие трубопроводы. Наконец, мягким текучим грунтом могут быть вдавлены находящиеся рядом с дамбой или отвалом причальные стенки или стены подвала. В мягкий грунт вдавливается также материал насыпи на разной глубине. Это препятствует в случае отвалов их чистой уборке.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения положена задача создать способ, быстро и надежно предотвращающий большие деформации и оседания во время и после насыпания отвалов или дамбы на мягком и зыбком грунте. Кроме того, в случае отвалов становится возможной точная машинная уборка посредством вскрышного экскаватора или транспортно-отвальных мостов.

Эта задача решается согласно изобретению посредством того, что на границах, предусмотренной насыпи для формирования дамбы или отвала, по меньшей мере, на двух расположенных напротив друг друга сторонах в грунте возводят жесткие на изгиб стенки, а на высоте поверхности мягкого грунта с равномерными интервалами прокладывают на мягком грунте высокопрочные нежесткие элементы, работающие на растяжение и соединяемые со стенками возможно неподатливо, а для восприятия нагрузки и для отделения насыпи от мягкого, зыбкого грунта поверхность между обеими стенками накрывают полотном материала или полосой пленки. Это мероприятие в значительной мере повышает, в частности, устойчивость дамбы или отвала и значительно предотвращает деформации.

Жесткие на изгиб стенки образованы целесообразно стальными профилями, шпунтованными балками или столбами, вгоняемыми по возможности до твердого грунта. Стенки могут быть замкнутыми, в то время как стальные профили входят друг в друга или касаются друг друга. На ограниченном периметре стенки могут быть даже открыты.

Если твердый слой грунта расположен слишком глубоко, вся система может быть предусмотрена также "свободно плавающей" в мягком грунте. Так как жесткие на изгиб стенки протираются в мягкий грунт относительно глубоко, например, от 6 до 20 м, эти стенки не расходятся или очень тяжело расходятся на глубоком участке мягкого грунта, несмотря на то, что зыбкий грунт нажимает на внутренние стороны стенок на более высоком участке вследствие нагрузки насыпанной дамбы.

В качестве высокопрочных элементов, работающих на растяжение, могут найти применение стальные тросы, тросы из полимерного материала, стальные цепи, пучки нитей из полимерного материала или ленты из геополимерного материала.

Разделяющее полотно материала, которым накрывают мягкое основание, может быть образовано синтетической пленкой, тканью из ленточек из полимерного материала, геонетканым полотном или подобными материалами. Для упрощения установки элементов, работающих на растяжение, и разделяющего полотна материала, высокопрочные элементы, работающие на растяжение можно соединять с разделяющим полотном материала. Высокомолекулярные или высокомодульные синтетические нити состоят, в частности, из полиэтилена, полипропилена, полиамида, полиэфира, арамида или поливинилового спирта.

Предпочтительно, если, как элементы, работающие на растяжение, так и покрытие мягкого основания могут быть образованы широкими полотнами геополимерного материала. В этих, в частности, сотканных геотекстильных полотнах, основные нити в направлении нагрузки могут состоять из высокопрочных синтетических нитей, в то время как проходящие под прямым углом к ним нити, например, уточные нити способны выдерживать небольшую нагрузку и являются, например, плоскими ленточками из полимерного материала. Эти полотна из геополимерного материала укладывают с нахлестом или сшитыми, без складок и по всей поверхности на поверхность мягкого, зыбкого грунта и соединяют с обеими стенками. Также подходят нетканые материалы, в которых воспринимающие нагрузку, передающие большие растягивающие усилия синтетические нити расположены в полотне материала или на нем без изгиба и нашиты или нанесены при помощи основовязальной рашельной машины.

При нагружении мягкого грунта насыпанной дамбой или насыпанным отвалом грунт опускается немного вниз и нажимает одновременно на внутренние стороны обеих стенок, вследствие чего стенки, в частности, в верхнем участке выжимаются наружу. Так как элементы, работающие на растяжение, одновременно прогибаются под нагрузкой насыпи вниз, они стягивают стенки на их верхнем участке вовнутрь, в частности, в противоположном направлении. Чем выше насыпь, тем больше нагрузка на мягкий грунт, его оседание и давление на внутренние стороны обеих стенок. Однако, в соответствии с этим, растет также растягивающее усилие в соединяющих стенки элементах, работающих на растяжение. Таким образом, увеличивающаяся насыпь производит не только усилия, раздвигающие стенки, но и одновременно и уравновешивающие усилия посредством элементов, работающих на растяжение. Возникает саморегулирующая система, всегда находящаяся в равновесии. Увеличение прочности стенок приводит к улучшенной жесткости и уменьшению деформаций или оседаний.

При существовании угрозы нежелательного движения грунта только поперек к планированной дамбе, обе жесткие на изгиб стенки следует возводить под прямым углом к этому направлению.

При существовании угрозы нежелательного движения грунта во всех направлениях, стенки можно располагать прямоугольником, квадратом или кругом, причем продолжающиеся от стенки к стенке элементы, работающие на растяжение, пересекаются.

Для быстрого и надежного соединения разделяющего полотна материала и элементов, работающих на растяжение, или способного выдерживать большую нагрузку при незначительном напряжении в одном направлении геотекстильного полотна со стенками, на высоте поверхности мягкого грунта предусмотрены проходящие вдоль на внутренних сторонах стенок внутренние профили. Они могут быть выполнены в виде зажимных планок, в которых зажимают края разделяющего полотна материала, и элементы, работающие на растяжение, или края геотекстильного полотна.

Эти внутренние профили могут быть также трубами, установленными с возможностью вращения и регулировки, вокруг которых наматывают концы геотекстильного полотна. При соответствующем повороте трубы можно туго натягивать уложенное геотекстильное полотно и нагружать небольшим предварительным напряжением. Трубу можно фиксировать посредством болта или шплинта.

Однако внутренние профили могут быть открытыми сверху U-образными профилями, в которые бетонируют края уложенного геотекстильного полотна или фиксируют посредством затвердевших полимерных материалов.

Краткое описание чертежей

В последующем описании приводится более подробное разъяснение примеров выполнения изобретения со ссылкой на чертежи. На чертежах показаны:

фиг.1. Вид дамбы в разрезе с подстилающим грунтом первой формы выполнения;

фиг.2. Вид сверху основания дамбы согласно фиг.1;

фиг.3. Вид дамбы в разрезе с подстилающим грунтом второй формы выполнения;

фиг.4. Вид сверху основания дамбы согласно фиг.3;

фиг.5. Вид сбоку выполненного в виде зажимной планки внутреннего профиля;

фиг.6. Вид сбоку. внутреннего профиля, выполненного в виде трубы для наматывания.

фиг.7. Вид сбоку второго внутреннего профиля, выполненного в виде трубы для наматывания.

фиг.8. Вид сбоку U-образного или в форме ванны внутреннего профиля.

В примере выполнения согласно фиг.1 и фиг.2 планируемая дамба имеет высоту 3,80 м и ширину основания 12,00 м. Мягкий зыбкий подстилающий грунт 1 продолжается до глубины почти 7,00 м. Используемые столбы или шпунтовые сваи для возведения жестких на изгиб стенок 5 и 6 имеют длину около 8,00 м и продолжаются на глубину почти 0,5 м в твердый грунт 2. На поверхности 3 мягкого грунта 1, между стенками 5 и 6 и соответственно на основании насыпаемой дамбы или отвала раскатывают полотно 7 материала, разделяющее насыпь 4 с мягким грунтом 1. Кроме того, стенки 5 и 6 соединены друг с другом элементами 8, работающими на растяжение, как можно жестче.

Соединение разделяющего полотна 7 материала с элементами 8, работающими на растяжение, и стенками 5 и 6 осуществляют проходящими вдоль поверхности 3 мягкого грунта 1 внутренними профилями 9, соединенными со стенками 5 и 6.

Эти внутренние профили 9 могут быть выполнены в виде зажимных планок, в которые защемляют полотна 7 материала и элементы 8, работающие на растяжение. Для того чтобы не фиксировать внутренние профили 9 к каждой шпунтовой свае, на высоте внутреннего профиля 9 располагают внешний профиль 10, соединяемый насквозь через стенки 5 и 6 посредством винтов 11 или заклепок с соответствующим внутренним профилем 9. Этот внешний профиль 10 распределяет воспринимаемые внутренним профилем 9 растягивающие усилия на внешние стороны стенок 5,6.

В форме выполнения согласно фиг.3 и фиг.4 разделяющие полотна материала и элементы, работающие на растяжение, образованы геотекстильными полотнами 78 шириной, примерно 5,00 м, нагружаемые несущие, высокопрочные нити которых проходят в продольном направлении геотекстильного полотна и образуют основные нити ткани. Расположенные рядом геотекстильные полотна 78 перекрывают друг друга на ширину, например, от 30 до 50 см или их сшивают по их кромках друг с другом.

Для передачи действующих во внутренних профилях 9 растягивающих усилий на внешние стороны стенок 5 и 6 служат U-образные скобы 13, к внутренним сторонам 14 которых фиксированы проходящие вдоль внутренние профили 9, а к их внешним сторонам 15 - внешние профили 10.

При помощи этого выполнения можно подготовить жесткое соединение элементов 8, работающих на растяжение, и разделяющего полотна 7 материала и соответственно полотна 78 геополимерного материала с внутренними профилями 9. Скобы 13 с внутренними профилями 9 и внешними профилями 10 надевают на выступающие из мягкого грунта 1 стенки 5 и 6 только на стройплощадке.

На фиг.5 показан внутренний профиль, выполненный в виде зажимной планки 91. Край геосинтетикого полотна 78 защемляют между нижним элементом зажимной планки 91 и верхним элементом 92. Оба элемента 91,92 можно прижимать друг к другу с большим усилием посредством ходового винта или подобного ему устройства. Контактные поверхности обоих элементов 91,92, между которыми защемляют край полотна 79 геополимерного материала, может иметь V или W-образное поперечное сечение.

В формах выполнения согласно фиг.6 и фиг.7 проходящие вдоль на высоте основания 3 внутренние профили 9 являются трубами 93, вокруг которых намотаны фиксированные на них края полотна 78 геополимерного материала.

На фиг.6 трубу 93 фиксируют штифтами или стержнями 94, фиксированными с интервалом на стенках 6 над консолями 98 и входящими в отверстия, устроенными в трубе 93 в различных угловых положениях.

В форме выполнения согласно фиг.7 трубу 93 с намотанным краем полотна 78 геополимерного материала 78 фиксируют V-образным крюками 95, фиксированными с интервалом на стенках 6. В этих V-образных крюках 95 трубу 93 фиксируют самотормозящейся. Также и в этом случае трубу 93 стопорят посредством шплинта.

В форме выполнения согласно фиг.8 - внутренний профиль 9 является открытым сверху желобом, в котором посредством бетона 97 или затвердевающего полимерного материала фиксируют край полотна 78 геополимерного материала.

Перечень условных обозначений

1. Мягкий зыбкий грунт.

2. Твердый грунт.

3. Основание насыпи. Поверхность мягкого грунта.

4. Насыпь.

5. Стенка.

6. Стенка.

7. Разделяющее полотно материала.

8. Элементы, работающие на растяжение.

9. Внутренний профиль.

10. Внешние профили.

11. Винты.

12. Участок нахлеста.

13. U-образная скоба.

14. Внутренняя сторона.

15. Внешняя сторона.

78. Полотно геополимерного материала.

91.Зажимная планка.

92. Верхний элемент.

93. Труба.

94. Штифт или стержень,

95. Крюк.

97. Бетон или затвердевший полимерный материал.

98. Консоли.

Изобретение относится к строительству, а именно к стабилизации дамбы или отвала на мягком, зыбком грунте. Способ стабилизации дамбы или отвала на мягком, зыбком грунте, в котором на границах предусмотренной насыпи для формирования дамбы или отвала, по меньшей мере, на двух расположенных напротив друг друга сторонах планируемой насыпи возводят жесткие на изгиб стенки, состоящие из загнанных глубоко в грунт стальных профилей, шпунтовых свай или столбов. На высоте поверхности мягкого грунта укладывают на мягком грунте параллельно друг другу высокопрочные элементы, работающие на растяжение, в частности, тросы, пучки нитей, цепи, ленты и соединяемые со стенками возможно жестко. Между стенками и элементами, работающими на растяжение, располагают лежащее на поверхности мягкого грунта полотно материала или полосу пленки, разделяющую мягкий грунт с насыпью или соединяемую вместо высокопрочных элементов, работающих на растяжение, и разделяющую полотна материала возможно жестко на высоте поверхности мягкого грунта со стенками. Технический результат состоит в обеспечении надежного предотвращения больших деформаций и оседания во время и после насыпания отвалов или дамбы на мягком и зыбком грунте. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ стабилизации дамбы или отвала на мягком, зыбком грунте, отличающийся тем, что на границах предусмотренной насыпи (4) для формирования дамбы или отвала, по меньшей мере, на двух расположенных напротив друг друга сторонах планируемой насыпи возводят жесткие на изгиб стенки (5, 6), состоящие из загнанных глубоко в грунт (1) стальных профилей, шпунтовых свай или столбов, а на высоте поверхности (3) мягкого грунта (1) укладывают на мягком грунте (1) параллельно друг другу высокопрочные элементы (8), работающие на растяжение, в частности, тросы, пучки нитей, цепи, ленты и соединяемые со стенками (5, 6) возможно жестко, а между стенками (5, 6) и элементами (8), работающими на растяжение, располагают лежащее на поверхности (3) мягкого грунта (1) полотно (7) материала или полосу пленки, разделяющую мягкий грунт (1) с насыпью (4) или соединяемую вместо высокопрочных элементов (8), работающих на растяжение, и разделяющую полотна (7) материала возможно жестко на высоте поверхности мягкого грунта (1) со стенками (5, 6).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделяющее полотно (7) материала является геополимерным полотном.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделяющее полотно (7) материала и высокопрочные элементы (8), работающие на растяжение, соединены друг с другом.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что элементы (8), работающие на растяжение, нанесены на разделяющие полотна (7) материала при помощи основовязальной рашельной машины или нашиты.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделяющее полотно (7) материала и элементы (8), работающие на растяжение, образованы широкими полотнами (78) геополимерного материала, имеющими под прямым углом к прохождению стенок (5, 6) высокую прочность при растяжении при незначительном растяжении, уложенными без складок и по всей поверхности на мягкий грунт (1).

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что полотна (78) геополимерного материала являются тканью, основные нити которой не растягиваются и образуют элементы (8), работающие на растяжение, а уточные нити делают ткань достаточно плотным разделяющим полотном (7) материала.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что жесткие на изгиб стенки (5, 6) образованы шпунтованными балками или столбами, вгоняемыми до твердого грунта (2).

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что жесткие на изгиб стенки (5, 6) располагают в виде прямоугольника, квадрата или круга, причем продолжающиеся от стенки к стенке элементы (8), работающие на растяжение, пересекаются.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что почти на высоте поверхности (3) мягкого грунта (1) проходящие вдоль на внутренних сторонах стенок (5, 6) внутренние профили (9) фиксированы к стенкам (5, 6), к которым, по возможности, жестко фиксированы концы разделяющего полотна (7) материала и элементов (8), работающих на растяжение, или полотна (78) геополимерного материала.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что на высоте проходящих вдоль внутренних профилей (9), на внешних сторонах стенок (5 и 6) располагают распределяющие нагрузку внешние профили (10), соединенные с внутренними профилями (9) посредством винтов (11) или заклепок.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что на выступающие из мягкого грунта (1) стенки (5 и 6) надевают U-образные скобы (13), несущие на своих внутренних сторонах (13) внутренний профиль (9) и опирающиеся своими внешними сторонами на внешние стороны стенок (5 и 6).

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что внутренний профиль (9) выполнен в виде рельсовой планки, к которой посредством зажима фиксируют концы разделяющего полотна (7) материала и элементов (8), работающих на растяжение, или геополимерного полотна (78).

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один конец разделяющего полотна (7) материала и элементов (8), работающих на растяжение, или геополимерного полотна (78) фиксирован к внутренним профилям (9) посредством наматывания.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что внутренний профиль (9) выполнен в виде трубы, установленный с возможностью вращения и регулировки вокруг своей продольной оси.

15. Дамба или отвал, изготовленные согласно способу по любому из пп.1-14, отличающиеся тем, что по обеим сторонам образующей дамбу или отвал насыпи (4) в мягкий, зыбкий грунт (1) загнаны жесткие на изгиб стенки (5, 6) и обе стенки (5, 6) соединены жестко на высоте поверхности (3) мягкого грунта (1) высокопрочными элементами (8), работающими на растяжение, а элементы (8), работающие на растяжение, и поверхность (3) мягкого грунта (1) между стенками (5, 6) накрыты разделяющим и воспринимающим нагрузку полотном материала или полимерной пленкой (7).

16. Дамба или отвал по п.15, отличающиеся тем, что разделяющее полотно (7) материала и высокопрочные элементы (8), работающие на растяжение, образованы геополимерным полотном (78) материала.