ВОДООТВОДНАЯ КАНАВА Российский патент 2024 года по МПК E01F5/00 

Изобретение относится к транспортному строительству и предназначено для отвода надмерзлотных вод и вод от оттайки многолетнемерзлых грунтов от инженерных сооружений (автомобильных и железных дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов), предпочтительно в районах вечной мерзлоты.

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ГЕОМАТ; GMA: Пространственный проницаемый геосинтетический материал, изготовленный из текстильных элементов, скрепленных в единую структуру механическим и/или термическим и/или химическим способом (п. 3.2 ГОСТ 33068— 2014 «Материалы геосинтетические для дренажных систем. Общие технические требования», принят Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации по переписке (протокол № 72-П от 14 ноября 2014 г.).

ГЕОМЕМБРАНА; GME: Плоский непроницаемый геосинтетический материал, используемый для защиты конструкций и/или элементов конструкций зданий и/или сооружений от проникновения жидкостей и/или газов п. (3.3 ГОСТ 33068— 2014 «Материалы геосинтетические для дренажных систем. Общие технические требования», принят Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации по переписке (протокол № 72-П от 14 ноября 2014 г.).

Известны водоотводные канавы, используемые для перехвата и отвода поверхностных вод, которые представляют собой траншею трапецеидальной формы. Продольный профиль дна канавы представляет собой прямую линию с проектным уклоном в сторону водопропускного сооружения (Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Под ред. Ю. Я. Белли, Л., Стройиздат, 1977, с. 552). Недостатком известной канавы является ее недолговечность при использовании в вечномерзлых грунтах. Обусловлено это потерей несущей способности оттаявшим вечномёрзлым грунтом, что приводит к уположению откосов, грунт откосов перемещается на дно канавы, сокращая ее живое сечение и искажая продольный профиль ее дна.

Известна водоотводная канава, дно и стенки которой укреплены геотекстильным материалом, пропитанным цементно-песчаным раствором или битумом. В продольном сечении канава имеет профилированное дно, образованное выступами, сформированными из геотекстильного материала, скрепленного с образованием поперечных обойм, заполняемых для придания жесткости грунтом или иным материалом при использовании их в качестве гасителей скорости течения воды Патент РФ № 2025551 на изобретение «СПОСОБ УСТРОЙСТВА ВОДООТВОДНОГО СООРУЖЕНИЯ», опубл. 30.12.1994, МПК E01F 5/00. Недостатком известного изобретения является невозможность отвода надмерзлотной воды из под укрепления с изоляцией стока от впитывания в грунт.

Известна водоотводная канава в вечномерзлых грунтах, преимущественно на слабосточных марях, имеющая вид прямоугольной траншеи, содержащая дно и стенки. Траншея заполнена дренирующим материалом (патент РФ № RU 2211278 на изобретение «ВОДООТВОДНАЯ КАНАВА НА СЛАБОСТОЧНЫХ МАРЯХ», опубл. 27.08.2003 г., МПК E01F 5/00 . Недостатком известной канавы является невозможность изолирования потока воды по канаве для соблюдения экологической безопасности. Вода, собранная с откосов и спланированной части аэродрома, вдоль канавы не изолируется для отвода на очистные сооружения.

Известна наиболее близкая к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков и выбранная в качестве прототипа водоотводная канава, содержащая траншею с проектным уклоном, дно и стенки которой укреплены водонепроницаемым материалом. Водоотводная канава содержит водонепроницаемый экран, выполненный в форме траншеи и установленный в канаве на опорах с зазором. Внутренняя поверхность экрана содержит гидрофильный материал, верхняя кромка которого заведена в зазор, а нижняя кромка располагается на дне экрана (авторское свидетельство СССР № 1184882 на изобретение «ВОДООТВОДНАЯ КАНАВА» МПК Е01 F 5/00, опубл. 15.10. 1985. Недостатком данной конструкции является устройство дна канавы из гидрофобного изолирующего материала, который не позволяет выполнять отвод надмерзлотных вод и вод при оттайке мерзлых грунтов, находящихся ниже изолирующего материала, что влечет скопление воды под изолирующим материалом. При перетекании воды с верховой части откоса под изолирующий экран образуется гидростатическое давление, которое поднимет экран, нарушая его целостность. Технологическое устройство водонепроницаемого экрана на опорах приводит к образованию концентраций напряжений и доуплотнения грунта под ними, как следствие продавливание гидроизоляционного материала и деформацию канавы.. Все это снижает эксплуатационные характеристики водоотводной канавы и срок ее службы.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка эффективной водоотводной канавы, обеспечивающую, кроме прочего, отвод надмерзлотных воды и вод при оттайке мерзлых грунтов.

Технический результат, достигаемый в результате решения поставленной задачи, заключается в повышении эксплуатационной надежности водоотводной канавы и увлечении ее срока службы, а также в предотвращении замачивания грунтов основания и деградации мерзлоты.

Указанный технический результат достигается тем, что водоотводная канава включает траншею с проектным уклоном, дно и стенки которой укреплены слоем водонепроницаемого материала. В слое водонепроницаемого материала по поперечному профилю траншеи выполнен, по меньшей мере, один сквозной разрез. Через разрез пропущен кусок полотна дополнительного водонепроницаемого материала, передний край которого выведен поверх основного слоя водонепроницаемого материала в направлении уклона траншеи и герметично соединен с ним, а задний край заведен под основной слой водонепроницаемого материала в направлении, противоположном уклону траншеи, и жестко закреплен на грунтовом основании траншеи.

Предпочтительно, чтобы передний край куска полотна дополнительного водонепроницаемого материала был герметично соединен с основным слоем водонепроницаемого материала посредством сварного шва, а задний край был жестко закреплен в грунтовом основании по поперечному профилю траншеи посредством металлических скоб.

Предпочтительно, чтобы водоотводная канава содержала выемку, обустроенную по поперечному профилю траншеи, ко дну которой (выемки) посредством металлических скоб был жестко закреплен задний край куска полотна дополнительного водонепроницаемого материала, при этом выемку после установки скоб заполняют грунтом.

Предпочтительно, чтобы водоотводная канава, содержала n-ое количество равномерно распределенных по длине траншеи с шагом d сквозных разрезов в слое водонепроницаемого материала по поперечному профилю траншеи, через каждый из которых был пропущен кусок полотна дополнительного водонепроницаемого материала.

Предпочтительно, чтобы водоотводная канава содержала дополнительной слой водопроницаемого материала, расположенный под слоем водонепроницаемого материла, при этом сквозной разрез проходил через оба слоя, а задний край куска полотна дополнительного водонепроницаемого материала, был расположен под слоем водопроницаемого материала.

Предпочтительно, чтобы в качестве водонепроницаемого материала была использована геомембрана, а в качестве водопроницаемого материала был использован геомат.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что во всех случаях исполнения, оно отличается от известного, наиболее близкого технического решения:

- наличием, по меньшей мере, одного сквозного разреза, выполненного в слое водонепроницаемого материала по поперечному профилю траншеи;

- наличием полотна дополнительного водонепроницаемого материала, пропущенного через разрез;

- выполнением переднего края полотна, пропущенного через разрез, выведенным поверх основного слоя водонепроницаемого материала в направлении уклона траншеи и герметично соединенным с ним;

- выполнением заднего края полотна, пропущенного через разрез, заведенной под основной слой водонепроницаемого материала в направлении, противоположном уклону траншеи, и жестко закрепленным на грунтовом основании траншеи.

В предпочтительных случаях исполнения изобретение отличается от известного, наиболее близкого технического решения:

- соединением переднего края куска полотна дополнительного водонепроницаемого материала с основным слоем посредством сварного шва;

- закреплением заднего края куска полотна дополнительного водонепроницаемого материала в грунтовом основании по поперечному профилю траншеи посредством металлических скоб.

- наличием обустроенной по поперечному профилю траншеи выемки, ко дну которой посредством металлических скоб жестко закреплен задний край куска полотна дополнительного водонепроницаемого материала;

- выполнением выемки, заполненной грунтом после установки скоб.

- наличием n-ого количества разрезов в слое водонепроницаемого материала по поперечному профилю траншеи, через каждый из которых пропущен кусок полотна дополнительного водонепроницаемого материала;

- выполнением n сквозных разрезов, равномерно распределенными по длине траншеи с шагом d;

- наличием дополнительного слоя водопроницаемого материала, расположенного под слоем водонепроницаемого материла;

- выполнением разреза, проходящим через оба слоя материалов (водопроницаеемый и водонепроницаемый);

- выполнением заднего края куска полотна дополнительного водонепроницаемого материала, расположенным под слоем дополнительного водопроницаемого материала.

- использованием геомембраны в качестве водонепроницаемого материала;

- использованием геомата в качестве водопроницаемого материала.

Наличие в слое водонепроницаемого материала по поперечному профилю траншеи, по меньшей мере, одного сквозного разреза, через который пропущен кусок полотна дополнительного водонепроницаемого материала таким образом, что передний его край выведен поверх основного слоя водонепроницаемого материала в направлении уклона траншеи и герметично соединен с ним, а задний край заведен под основной слой водонепроницаемого материала в направлении, противоположном уклону траншеи, и жестко закреплен на грунтовом основании траншеи, обеспечивает создание разгружающего клапана, позволяющего осуществить выпуск попадающих под слой водонепроницаемого материала надмерзлотных вод и вод при оттайке мерзлых грунтов, исключая их скапливание. Собираемые под слоем водонепроницаемого материала воды, выводятся под собственным давлением в общий поток поверхностного стока, без попадания воды в грунт. Это предотвращает разрыв слоя водонепроницаемого материала, не позволяет стенкам и дну траншеи разрушаться, что продлевает срок службы водоотводной канавы. Исключение попадания в грунт надмерзлотных вод и вод при оттайке улучшает экологическую обстановку в регионе.

Соединение переднего края куска полотна дополнительного водонепроницаемого материала с основным слоем посредством сварного шва обеспечивает герметичность соединения; а закрепление заднего края куска полотна дополнительного водонепроницаемого материала в грунтовом основании по поперечному профилю траншеи посредством металлических скоб повышает надежность крепления, что, в свою очередь, повышает надежность водоотводной канавы.

Наличие обустроенной по поперечному профилю траншеи выемки, ко дну которой посредством металлических скоб жестко закреплен задний край куска полотна дополнительного водонепроницаемого материала, последующее заполнение выемки грунтом, повышает надежность крепления заднего края полотнища и, как следствие, срок службы водоотводной канавы.

Наличие n-ого количества равномерно распределенными по длине траншеи с шагом d разрезов в слое водонепроницаемого материала по поперечному профилю траншеи, через каждый из которых пропущен кусок полотна дополнительного водонепроницаемого материала, обеспечивает равномерное выведение надмерзлотных вод и вод при оттайке по всей длине канавы, повышая ее надежность;

Наличие дополнительного слоя водопроницаемого материала, расположенного под слоем водонепроницаемого материла, выполнение разреза, проходящим через оба слоя материалов (водопроницаемый и водонепроницаемый), выполнение заднего края куска полотна дополнительного водонепроницаемого материала, заведенным под слой дополнительного водопроницаемого материала обеспечивает вывод надмерзлотной воды из под водопроницаемого материала исключает попадание стока в грунт.

Использование геомембраны в качестве водонепроницаемого материала, а в качестве водопроницаемого материала – геомата, позволяет использовать современные высокотехнологичные материалы, обеспечивающие экологическую безопасность за счет изоляции стока канавы от попадания в грунт, прочность водоотводной канавы, длительный срок службы.

Водоотводная канава иллюстрируется схемными чертежами, представленными на фиг.1 - 3.

На фиг. 1 представлен схемный чертеж водоотводной канавы, общий вид, вид сверху.

На фиг. 2 представлен схемный чертеж водоотводной канавы, поперечный разрез по А-А на фиг. 1.

На фиг. 3 представлен схемный чертеж водоотводной канавы, выноска узла В, продольный разрез по С-С на фиг. 1.

В предпочтительном варианте водоотводная канава включает траншею 1 с проектным уклоном, дно 2 и стенки 3 которой укреплены слоем водонепроницаемого материала 4. Водоотводная канава содержит, по меньшей мере, один сквозной разрез 5, выполненный в слое водонепроницаемого материала 4 по поперечному профилю траншеи 1. Через разрез 5 пропущен кусок полотна дополнительного водонепроницаемого материала 6, передний край 7 которого выведен поверх основного слоя водонепроницаемого материала 4 в направлении уклона траншеи 1 и герметично соединен с ним, например, при помощи сварного шва 9. Задний край 8 куска полотна 6 заведен под основной слой 4 в направлении, противоположном уклону траншеи 1, и жестко закреплен посредством металлических скоб 10 на грунтовом основании 11 траншеи 1, предпочтительно ко дну выемки 12, обустроенной по поперечному профилю траншеи 1. Выемку 12 после установки скоб 10 заполняют грунтом. Предпочтительно, чтобы водоотводная канава содержала n-ое количество сквозных разрезов 5, где n ≥ 1, через каждый из которых пропущен кусок полотна дополнительного водонепроницаемого материала 6. При этом сквозные разрезы 5 равномерно распределены по длине L траншеи 1 с шагом d между разрезами 5. Под основным слоем водонепроницаемого материала 4 может быть расположен дополнительной слой водопроницаемого материала 13, при этом сквозной разрез 5 проходит через оба слоя водонепроницаемого материала 4 и водопроницаемого материала 13. Задний край 8 куска полотна дополнительного водонепроницаемого материала 6 расположен под слоем водопроницаемого материала 13. В качестве водонепроницаемых материалов 4, 6 может быть использована геомембрана, а в качестве водопроницаемого материала 13 может быть использован геомат.

Пример осуществления водоотводной канавы.

Производят откопку траншеи до проектных отметок, после чего производят укладку геомата (например гидромата GEONOR® GM или дренажного геокомпозита “Гидромат 2D”) и геомембраны на всем протяжении канавы. В месте, где необходимо устроить «разгружающий клапан» для отвода надмерзлотных вод и вод от оттайки многолетнемерзлых грунтов, производят разрез геомембраны 4 и гидромата 13. После чего отгибают геомембрану 4 и геомат 3, и устраивают выемку 12 в траншее 1, на дно которой укладывают задний край 8 куска полотна мембраны 6, при этом передний край 7 размещают внахлёст на слой мембраны 4. Край 8 мембраны 6 крепят в выемке 12 металлическими скобами 10 и засыпают грунтом для исключения вырывания конструкции. В зоне нахлеста геомембраны 6 на мембрану 4 устраивают сварной шов 9.

Такая конструкция водоотводной канавы пропускает поверхностную воду без попадания в естественный грунт. Надмерзлотная вода и вода при оттайке грунтов, которая собирается под мембраной выводится под собственным давлением в общий поток поверхностного стока.

Изобретение относится к транспортному строительству и предназначено для отвода надмерзлотных вод и вод от оттайки многолетнемерзлых грунтов от инженерных сооружений (автомобильных и железных дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов), предпочтительно в районах вечной мерзлоты. Водоотводная канава включает траншею с проектным уклоном, дно и стенки которой укреплены слоем водонепроницаемого материала. Содержит, по меньшей мере, один сквозной разрез, выполненный в слое водонепроницаемого материала по поперечному профилю траншеи, через который пропущен кусок полотна дополнительного водонепроницаемого материала, передний край которого выведен поверх основного слоя водонепроницаемого материала в направлении уклона траншеи и герметично соединен с ним, а задний край заведен под основной слой водонепроницаемого материала в направлении, противоположном уклону траншеи, и жестко закреплен на грунтовом основании траншеи. Технический результат состоит в повышении эксплуатационной надежности водоотводной канавы и увлечении ее срока службы, а также в предотвращении замачивания грунтов основания и деградации мерзлоты. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Водоотводная канава, включающая траншею с проектным уклоном, дно и стенки которой укреплены слоем водонепроницаемого материала, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, один сквозной разрез, выполненный в слое водонепроницаемого материала по поперечному профилю траншеи, через который пропущен кусок полотна дополнительного водонепроницаемого материала, передний край которого выведен поверх основного слоя водонепроницаемого материала в направлении уклона траншеи и герметично соединен с ним, а задний край заведен под основной слой водонепроницаемого материала в направлении, противоположном уклону траншеи, и жестко закреплен на грунтовом основании траншеи.

2. Водоотводная канава по п. 1, отличающаяся тем, что передний край куска полотна дополнительного водонепроницаемого материала герметично соединен с основным слоем водонепроницаемого материала посредством сварного шва, а задний край жестко закреплен в грунтовом основании по поперечному профилю траншеи посредством металлических скоб.

3. Водоотводная канава по п. 1, отличающаяся тем, что содержит выемку, обустроенную по поперечному профилю траншеи, ко дну которой посредством металлических скоб жестко закреплен задний край куска полотна дополнительного водонепроницаемого материала, при этом выемку после установки скоб заполняют грунтом.

4. Водоотводная канава по п. 1, отличающаяся тем, что содержит n-е количество равномерно распределенных по длине траншеи с шагом d сквозных разрезов в слое водонепроницаемого материала по поперечному профилю траншеи, через каждый из которых пропущен кусок полотна дополнительного водонепроницаемого материала.

5. Водоотводная канава по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что в качестве водонепроницаемого материала использована геомембрана.

6. Водоотводная канава по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что содержит дополнительной слой водопроницаемого материала, расположенный под слоем водонепроницаемого материла, при этом сквозной разрез проходит через оба слоя, а задний край куска полотна дополнительного водонепроницаемого материала расположен под слоем водопроницаемого материала.

7. Водоотводная канава по п. 6, отличающаяся тем, что в качестве водонепроницаемого материала использована геомембрана, а в качестве водопроницаемого материала использован геомат.