Ленточная дрена

 

Использование: в дренажных устройствах для осушения грунтовых массивов и оснований сооружений. Сущность изобретения: ленточная дрена содержит гофрированный сетчатый сердечник и его оболочку из фильтрующего полотна. Сердечник выполнен в виде термосформованных, последовательно чередующихся, противоположно направленных и перпендикулярных вертикальной осевой плоскости дрены пустотелых выступов, к вершинам которых прикреплена по всей длине оболочка. Сердечник выполнен из непрерывных изогнутых волокон. Волокна произвольно переплетены между собой с концентрацией их плотности в усеченных вершинах выступов, которые размещены в шахматном порядке. Волокна соединены в точках их взаимного пересечения. Выступы сердечника выполнены в виде рядов, расположенных относительно продольной оси дрены под углом 30 или 45, или 60, или 90^o. Ширина оболочки ленточной дрены превышает ширину сетчатого сердечника, образуя боковые свободные закрайки. Концевые участки оболочки длиной не более ее ширины выполнены не закрепленными к вершинам выступов сердечников. Оболочка имеет продольный выпуск фильтрующего полотна. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области строительства оснований и фундаментов, а именно к дренажным устройствам для осушения грунтовых массивов и оснований сооружений. Оно может быть использовано в транспортном, промышленно-гражданском и мелиоративном строительстве.

Известна конструкция дренажного устройства, в котором объемный сердечник помещен в фильтрующую оболочку. Примером может служить получившая широкое распространение в мелиорации рулонная трубчатая дрена в виде перфорированной трубы в фильтрующей оболочке из геотекстильного полотна [1] Недостатки такой дрены сравнительно небольшая водоприемная поверхность и невозможность применения для устройства плоскостного дренажа.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является ленточная дрена, содержащая гофрированный сетчатый сердечник и его оболочку из фильтрующего полотна. Сердечник выполнен в виде термосформованный последовательно чередующихся противоположно направленных и перпендикулярных вертикальной осевой плоскости дрены пустотелых выступов, к вершинам которых прикреплена по всей длине оболочки [2] Недостаток такой дрены возможность потери устойчивости, смятия гофр при обжатии грунтом или изгибе дрены. Смятие может произойти в связи с возникновением концентрации напряжений в узлах регулярной сетки при неблагоприятной комбинации силовых воздействий, вызванной неравномерным обжатием дрены, просадками грунта или основания и т.п. Другим недостатком является ненадежность прикрепления оболочки к тем вершинам выступов, на которые попадают ячейки сетки, уменьшая опорную и контактную поверхность оболочки. К недостаткам можно причислить и сложность технологии изготовления сердечника, предусматривающей первоначальный выпуск плоской прямоугольной сетки и последующее термопластичное формование из нее сердечника с неизбежным искажением формы ячеек.

Цель изобретения повышение эксплуатационных характеристик и надежности дрены, упрощение технологии ее изготовления.

Указанная цель достигается тем, что в ленточной дрене, содержащей гофрированный сетчатый сердечник и его оболочку из фильтрующего полотна, сердечник выполнен в виде термосформованных чередующихся противоположно направленных и перпендикулярных вертикальной осевой плоскости дрены пустотелых выступов, к вершинам которых прикреплена по всей длине оболочка. Сердечник выполнен из непрерывных изогнутых волокон, произвольно переплетенных между собой, с концентрацией их плотности в усеченных вершинах выступов, которые размещены в шахматном порядке при этом волокна соединены в точках их взаимного пересечения. Выступы сердечника выполнены в виде рядов, расположенных относительно продольной оси дрены под углом 30 или 45, или 60, или 90^о. Ширина оболочки превышает ширину сетчатого сердечника, образуя боковые свободные закрайки. Концевые участки оболочки длиной не более ее ширины выполнены не закрепленными к вершинам выступов сердечника.

Выполнение сердечника из непрерывных, изогнутых, произвольно переплетенных и соединенных между собой волокон, позволяет получить пространственную конструкцию, обладающую высокой устойчивостью и способностью к восстановлению первоначальной формы при снятии статической нагрузки, а также после длительного динамического нагружения. Произвольное расположение волокон делает маловероятным однородное смятие соседних выступов и переламывание сердечника с прекращением функционирования дрены. Даже если произойдет локальное нарушение устойчивости сердечника под действием экстремальных нагрузок, то с изменением напряженного состояния выступы сохраняют способность к восстановлению формы. Живучесть структуры сердечника при его большой пористости достигается благодаря тому, что волокна извиты, изогнуты и, имея запас длины, не ломаются при сгибах дрены даже при низкой температуре, а соединение волокон в точках контактов обладает гораздо большей подвижностью, чем узлы плоской экструдированной сетки. Гибкость волокон и подвижность их соединения позволяют уменьшить концентрацию напряжений в соединениях при деформации сердечника как в условиях эксплуатации, так и в процессе устройства дренажа, когда возникает необходимость в перегибе дрены. Гибкий сердечник обладает вместе с тем малой сжимаемостью за счет того, что при волокнистой конструкции сердечника свободная длина волокна гораздо меньше свободной длины элемента сетки. Волокно при сжатии работает как многоопорная стойка. Это позволяет уменьшить деформацию изгиба и изготавливать дрену толщиной 15-20 мм и более.

Изготовление сердечника из экструдированного волокна диаметром до 1 мм позволяет вытягивать волокна, улучшая их механические характеристики, и получать волокна с круглой формой поперечного сечения, увеличенным моментом сопротивления и сниженным гидравлическим сопротивлением. Концентрация плотности, сгущение волокон на вершинах выступов и развитие площади вершин путем их усечения позволяют увеличить площадь опорной и контактной поверхности оболочки, обеспечить надежность прикрепления оболочки к сердечнику и создать пространственную систему за счет вовлечения в работу оболочки при деформации выступа, что также способствует увеличению устойчивости и снижению сжимаемости сердечника как и всей дрены в целом.

Расположение выступов в шахматном порядке, характеризующемся регулярным чередованием выступов и впадин или выступов противоположного направления, создает благоприятные условия для работы оболочки как мембраны, нагруженной давлением окружающего грунта. Расположение рядов выступов под углами 30 или 45, или 60, или 90^о к продольной оси дрены обуславливает размещение выступов по квадратной, ромбической или треугольной сетке и преследует цель оптимизировать количество выступов по условию опирания и прогиба оболочки.

Устройство оболочки со свободными закрайками относительно боковых граней сердечника, а также с незакрепленными к вершинам выступов сердечника концевыми участками длиной не более ширины дрены, предложены по соображениям удобства продольного соединения дрен.

На фиг. 1 показана ленточная дрена с отогнутым фильтром, общий вид; на фиг. 2 ленточная дрена с гребнем.

Ленточная дрена состоит из гофрированного сердечника 1, выполненного путем термосформования в виде последовательно чередующихся противоположно направленных и перпендикулярных вертикальной осевой плоскости дрены пустотелых выступов 2 и 3, к вершинам которых прикреплена по всей длине охватывающая сердечник оболочка 4 из фильтрующего полотна. Сердечник 1 выполнен из непрерывных, изогнутых и произвольно переплетенных между собой волокон 5, расположенных хаотически с концентрацией их плотности в усеченных вершинах выступов и соединенных в точках пересечения. Выступы 2 и 3 сердечника 1 размещены в шахматном порядке и имеют усеченные вершины 6. Выступы 2 и 3 могут быть устроены рядами, оси которых образуют с продольной осью дрены углы α= 30 или 45, или 60, или 90^о. Между торцовыми сторонами сердечника 1 и оболочкой 4 имеются закрайки 7, обеспечивающие свободную посадку оболочки 4 на сердечник 1. Свободная посадка оболочки 4, так же как и показанный на рисунке свободный отгиб оболочки 4, не соединенной с сердечником на концевых участках дрены, обеспечивают возможность соединения дрен в продольном направлении. Для повышения эффективности перехвата грунтовых вод оболочка может дополнительно иметь выпуск 8 фильтрующего полотна.

Работоспособность дрены экспериментально проверена путем штамповых испытаний на сжимаемость в условиях статического и динамического нагружения. Статические испытания проводили штампом диаметром 200 мм при однократном и ступенчатом нагружении. Установлено, что даже при обжатии давлением 0,1 МПа, что с учетом коэффициента бокового давления грунта 0,3 соответствует глубине заложения дрены 15-20 м, относительное сжатие дрены толщиной 20,5 мм составит не более 35-40% Под действием пульсирующей нагрузки 0,1 МПа, передаваемой через штамп диаметром 100 мм, сжатие дрены после 500 циклов нагружения не превышало 31% При этом дрена обладала упругими свойствами и доля обратимой деформации составляла 30-40% а абсолютная величина 0,7-1 мм. Следовательно, сердечник обеспечивает работоспособность дрены даже при весьма значительных нагрузках, а гидравлическое сечение дрены остается достаточным для обеспечения необходимого дебета дренажа.

Применение изобретения позволяет получить надежную дрену, обладающую высокой живучестью, т. е. способной сохранять дренажную функцию в условиях воздействия давления грунта, динамических нагрузок от сооружений, укладки на неровную поверхность или при возникновении местных деформаций в окружающем дрену грунте. Все это существенно расширяет область применения ленточных дрен и повышает надежность работы дренажа. При устройстве сердечника дрены из отдельных волокон упрощается технология изготовления сердечника, который вырабатывается за один технологический цикл, технологическая линия укорачивается, полимер не претерпевает повторного нагревания, а волокно в процессе раскладки может быть вытянуто с соответствующим улучшением его механических свойств.

Формула изобретения

1. ЛЕНТОЧНАЯ ДРЕНА, содержащая гофрированный сетчатый сердечник и его оболочку из фильтрующего полотна, при этом сердечник выполнен в виде термосформованных последовательно чередующихся, противоположно направленных и перпендикулярных к вертикальной осевой плоскости дрены пустотелых выступов, к вершинам которых прикреплена по всей длине оболочка, отличающаяся тем, что сердечник выполнен из непрерывных изогнутых волокон, произвольно переплетенных между собой с концентрацией их плотности в усеченных вершинах выступов, которые размещены в шахматном порядке, при этом волокна соединены в точках их взаимного пересечения.

2. Дрена по п.1, отличающаяся тем, что выступы сердечника выполнены в виде рядов, расположенных относительно продольной оси дрены под углом 30^o, или 45^o, или 60^o, или 90^o.

3. Дрена по п.1, отличающаяся тем, что ширина оболочки превышает ширину сетчатого сердечника, образуя боковые свободные закрайки.

4. Дрена по п.1, отличающаяся тем, что концевые участки длиной не более ее ширины выполнены незакрепленными к вершинам выступов сердечника.

5. Дрена по п.1, отличающаяся тем, что оболочка имеет продольный выпуск фильтрующего полотна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2