Способ укрепления откоса

Авторы патента:

Пшеничникова Елена Сергеевна (RU)

E02D17/20 - укрепление откосов

Владельцы патента RU 2645032:

Пшеничникова Елена Сергеевна (RU)

Изобретение относится к области строительства, а именно к укреплению откосов насыпей, конусов, откосов береговых линий и русел водоемов. Способ укрепления откосов включает операции скрепления полимерных полос, поставленных на ребро и расположенных в несколько рядов, по длине полос, растягивания на поверхности откоса скрепленных полос с образованием в направлении, нормальном к поверхности полос, ячеистой конструкции, закрепления ячеистой конструкции анкерами на поверхности откоса, заполнения ячеек материалом, защищающим поверхность откоса. Гибкие полимерные полосы снабжают пазами поочередно сверху и снизу от продольной оси полосы, а полосы скрепляют, устанавливая двумя пакетами взаимно перпендикулярно в плоскостях, нормальных к укрепляемой поверхности, «паз в паз», с переплетением полос, причем глубина паза равна половине высоты полосы, ширина паза равна толщине полосы, а расстояние между полосами равно расстоянию между пазами. Технический результат состоит в снижении трудоемкости и материалоемкости в результате замены сварки полос их скреплением, а также в упрощении технологии. 3 ил.

Изобретение относится к области строительства, а именно к укреплению откосов насыпей, конусов, откосов береговых линий и русел водоемов.

Известен способ укрепления откосов и конусов насыпей, заключающийся в установке сборной решетчатой несущей конструкции и включающий следующие операции: изготовление сборных элементов (балочек), транспортировка сборных элементов к укрепляемому откосу, разбивка поверхности откоса, укладка и стыковка сборных элементов в узловых соединениях, прикрепление собранной конструкции к поверхностным слоям откоса металлическими или железобетонными анкерами, заполнение ячеек материалом, защищающим поверхность откоса (щебень, растительный грунт, дерн) [Методические рекомендации по выбору конструкций укрепления конусов и откосов земляного полотна, технологии и механизации укрепительных работ. Минтрансстрой, Союздорнии 1981. Актуализация от 01.10.2008].

Недостатком этого способа являются значительные трудозатраты, связанные как с производством элементов конструкции из железобетона, так и с монтажом, что удлиняет сроки и повышает стоимость строительства.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по максимальному количеству сходных признаков является способ укрепления откосов, включающий следующие операции: скрепление между собой гибких полимерных полос, поставленных на ребро и расположенных в несколько рядов, по длине полос, транспортировку скрепленных полос к месту монтажа (укрепляемому откосу), растягивание на поверхности откоса скрепленных полос с образованием в направлении, нормальном к поверхности полос, ячеистой конструкции, закрепления ячеистой конструкции анкерами на поверхности откоса, заполнение ячеек материалом, защищающим поверхность откоса. Соединение полос выполнено точечной либо сплошной термосваркой. [Патенты RU 2152479 С1 от 10.07.1999, RU 2152480 С1 от 10.07.1999, RU 120110 U1 от 10.04.2015].

Количество анкеров, требующееся для удерживания ячеистой конструкции с заполнителем на поверхности откоса, назначают расчетом в зависимости от крутизны откоса, угла внутреннего трения заполнителя ячеек и веса заполнителя ячеек.

По сравнению с предыдущим для осуществления данного способа укрепления откоса требуется значительно меньше трудозатрат как при изготовлении элементов конструкции укрепления, так и при ее монтаже на откосе. Изготовление полимерных полос с дренажными отверстиями представляет собой несложную технологическую операцию, однако сварочные работы достаточно трудоемки: так, на 1 кв.м ячеистой конструкции с ячейками 20×24 см приходится 40 сварных швов. Большой объем сварочных работ приводит к существенному увеличению общей стоимости производства работ.

Задачей данного технического решения является упрощение технологии, сокращение сроков, снижение общей стоимости работ.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе укрепления откосов, включающем операции скрепления гибких полимерных полос, поставленных на ребро и расположенных в несколько рядов, по длине полос, растягивания на поверхности откоса скрепленных полос с образованием в направлении, нормальном к поверхности полос, ячеистой конструкции, закрепления ячеистой конструкции анкерами на поверхности откоса, заполнения ячеек материалом, защищающим поверхность откоса, гибкие полимерные полосы снабжают пазами, прорезанными поочередно сверху и снизу от продольной оси полосы, а полосы скрепляют, устанавливая двумя пакетами взаимно перпендикулярно в плоскостях, нормальных к укрепляемой поверхности откоса, «паз в паз», с переплетением полос, причем глубина паза равна половине высоты полосы, ширина паза равна толщине полосы, а расстояние между полосами равно расстоянию между пазами.

Полосы могут быть снабжены дренажными отверстиями.

Благодаря замене в известном способе укрепления откоса операции сварки полос операцией их скрепления, предлагаемый способ позволит существенно снизить трудозатраты.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где изображено:

на фиг. 1 - ячеистая конструкция, собранная заявляемым способом;

на фиг. 2 - гибкая полимерная полоса;

на фиг. 3 - ячеистая конструкция, собранная заявляемым способом, на откосе.

Способ осуществляют следующим образом. Пакет полос 1 с дренирующими отверстиями 2 и пазами 3 устанавливают на ребро, при этом пазы прорезаны поочередно сверху и снизу от продольной оси полосы, а расстояние между полосами равно расстоянию между пазами. Второй пакет полос 4 устанавливают перпендикулярно первому пакету и соединяют с первым, переплетая полосы и скрепляя их «паз в паз». Благодаря тому, что полосы гибкие, операция переплетения полос легко осуществима.

Собранную ячеистую конструкцию складывают, смыкая ячейки (скрепление «паз в паз» позволяет полосам поворачиваться относительно друг друга), и в сложенном состоянии транспортируют к месту строительства. На откосе 5 ячейки надевают на предварительно установленные по бровке откоса фиксирующие анкеры 6, конструкцию растягивают и закрепляют несущими анкерами 7 по образующей откоса. Растянутые ячейки заполняют материалом 8, используемым для укрепления поверхности откоса: щебнем, растительным грунтом, дерном или каким-либо другим. Заполнение выполняют, начиная с расположенных у подошвы откоса ячеек 9. Самый нижний ряд ячеек 10 заглубляют. Нижние ячейки 9 с заполнителем служат упором для заполнителя в верхних ячейках.

Ячейки могут располагаться на откосе квадратами (две стороны ячейки параллельны бровке откоса), либо ромбами, стороны ячейки под углом 45° к бровке откоса.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Взаимное переплетение полос позволяет сохранить целостность конструкции, удерживая скрепление «паз в паз». Анкеры фиксируют положение конструкции на откосе и препятствуют сдвигу. Материал, помещенный в ячейки, защищает поверхность откоса от эрозии.

Для проверки прочности предлагаемой конструкции выполняют расчет, состоящий из двух этапов. Сначала, так же как и для ячеистой конструкции прототипов, определяют по формулам (1) и (2) требуемое количество несущих анкеров, необходимое для удерживания ячеистой конструкции с заполнителем на откосе, при этом предполагается, что прочность стенки ячейки обеспечена

где F - часть непогашенной трением сдвигающей силы;

G - вес ячеистой конструкции с заполнителем;

α - угол откоса;

ϕ - угол внутреннего трения грунта откоса.

При заложении откоса насыпи 1:2 (обычно устраивают в зоне вечной мерзлоты), для насыпей из песков, в т.ч. пылеватых, величина в скобках отрицательна. Это означает, что ячеистая конструкция удерживается на поверхности откоса за счет трения, несущие анкеры не требуются. Конструкцию закрепляют (фиксируют) анкерами только по периметру. В этом случае ячеистая конструкция служит для фиксирования слоя защищающего материала требуемой толщины на поверхности откоса. При более крутых откосах, когда (sinα-cosα tgϕ)>0, требуемое количество несущих анкеров n определяют по формуле (2)

где R - несущая способность анкера.

Проверку прочности стенки ячейки (полосы) выполняют по формуле (3)

где [σ] - прочность материала стенки ячейки на разрыв;

d₀ - высота части стенки ячейки, работающей на растяжение;

F_a - нагрузка от веса ячеистой конструкции с заполнителем, действующая на один анкер, число которых определено по формуле (2).

Расчет, выполненный для наиболее неблагоприятных условий, показал, что прочности стандартной полосы с дренирующими отверстиями, выпускаемой для ячеистой конструкции прототипов отечественными производителями, достаточно для применения в предлагаемой конструкции (см. Приложение).

Эффективность предлагаемого технического решения заключается в снижении стоимости ячеистой конструкции за счет существенного сокращении трудозатрат при изготовлении конструкции в результате замены сварки полос их сборкой. Сборка полос «паз в паз» занимает значительно меньше времени, чем сварка полос, а соединение полос обладает требуемой прочностью.

Пример осуществления способа.

Откосы автомобильной дороги III технической категории, сооружаемой в Московской области, предполагалось укрепить при помощи традиционной ячеистой конструкции - пространственной георешетки, выполненной путем сварки гибких полос, с засыпкой ячеек щебнем. Было решено заменить сварную ячеистую конструкцию сборной. Для изготовления сборной конструкции были использованы гибкие полосы с дренирующими отверстиями, выпускаемые для изготовления пространственных георешеток, шириной 10 см. В полосах были нарезаны пазы глубиной 5 см и шириной 1,3 мм, равной толщине полосы.

Был выполнен расчет сборной ячеистой конструкции по прочности (см. Приложение), на основании которого было установлено, что при замене сварки полос их сборкой «паз в паз» прочность конструкции обеспечена.

Длина образующей откоса составила 4 м, протяженность укрепляемого участка - 180 м.

На заводе были собраны 20 модулей ячеистой конструкции длиной 6 м и шириной 4 м. Для этого гибкие полимерные полосы, снабженные пазами, соединили, устанавливая пакеты полос взаимно перпендикулярно, «паз в паз», таким образом, чтобы ячейки располагались на откосе ромбами (стороны ячейки расположены под углом 45° к бровке откоса).

Поверхность откоса была спланирована и выровнена. По бровке откоса были установлены крепежные элементы - металлические анкеры, расстояние между которыми было равно диагонали ячейки. Ячейки модулей надели на анкеры и растянули их вниз. Каждый модуль был закреплен анкерами по периметру. По плоскости откоса ячейки были закреплены несущими анкерами согласно расчету 2,4 шт/м², или 5 анкеров на 2 кв.м. Ячейки конструкции засыпали щебнем при помощи автопогрузчика фронтального типа, начиная с нижних ячеек.

В течение наблюдаемого периода эксплуатации дороги (1 год) каких-либо деформаций ячеистой конструкции не было замечено.

Приложение

Пример расчета предлагаемого устройства (ячеистой конструкции) по прочности.

Исходные данные

Откос насыпи автомобильной дороги укрепляют при помощи предлагаемого устройства - ячеистой конструкции, удерживаемой на откосе анкерами.

Заложение откоса насыпи 1:1,5 (угол откоса α=34°; sinα=0,56; cosα=0,83), угол внутреннего трения грунта насыпи ϕ=23° (tgϕ=0,42). Сцеплением в грунте пренебрегаем, рассматриваем наиболее неблагоприятный период, когда грунт увлажнен после дождей.

Высота стенки ячейки (полосы) d=10 см.

Принимаем прочность материала полосы с дренирующими отверстиями на разрыв [σ]=11 кг/см, что соответствует прочности полосы с дренирующими отверстиями от различных производителей в РФ, выпускающих сварные ячеистые конструкции.

Несущая способность стального анкера R=12 кг. Заполнитель ячеек - щебень, объемный вес γ_щ=1,4 т/м³.

Требуется проверить прочность заявленной конструкции.

Расчет

1. Определяем требуемое количество анкеров для удерживания ячеистой конструкции на откосе.

Вес G ячеистой конструкции, заполненной щебнем, площадью S=1 м²:

G=1 м²⋅0,1 м⋅1,4 т/м³=0,14 (т)

Требуемое количество анкеров n на 1 кв.м:

2. Проверяем прочность стенки ячейки.

Один анкер удерживает часть ячеистой конструкции весом 12 кг. Приложенная сила F (непогашенная трением часть веса ячеистой конструкции с заполнителем) раскладывается на составляющие, приложенные к стенкам ячейки под углом 45° (рисунок П. 1).

1 - анкер; 2 - стенки ячейки; F_c - составляющие приложенной к ячейке силы F, действующие в стенках ячейки.

Рисунок П. 1 - Ячейка с анкером (план)

F_c=2 F cosβ=2⋅12⋅cos 45°=24⋅0,71=17 (кг);

Условие прочности стенки ячейки:

где N - прочность стенки ячейки;

где d₀ - ширина полосы, воспринимающая нагрузку.

Учитывая, что нагрузку воспринимает половина высоты стенки ячейки (до разреза), d₀=0,5d, полоса высотой 10 см выдерживает

N=0,5⋅[σ]⋅d=0,5⋅11⋅10=55 (кг);

Условие прочности (4) выполнено с большим запасом:

55>17

Вывод: прочность стенки заявляемого устройства - сборной ячеистой конструкции достаточна для удерживания защитного материала на поверхности откоса.

Способ укрепления откосов, включающий операции скрепления полимерных полос, поставленных на ребро и расположенных в несколько рядов, по длине полос, растягивания на поверхности откоса скрепленных полос с образованием в направлении, нормальном к поверхности полос, ячеистой конструкции, закрепления ячеистой конструкции анкерами на поверхности откоса, заполнения ячеек материалом, защищающим поверхность откоса, отличающийся тем, что гибкие полимерные полосы снабжают пазами поочередно сверху и снизу от продольной оси полосы, а полосы скрепляют, устанавливая двумя пакетами взаимно перпендикулярно в плоскостях, нормальных к укрепляемой поверхности, «паз в паз», с переплетением полос, причем глубина паза равна половине высоты полосы, ширина паза равна толщине полосы, а расстояние между полосами равно расстоянию между пазами.

Изобретение относится к области дорожного, гидротехнического, гражданского и промышленного строительства и может быть использовано при креплении откосов автомобильных дорог, грунтовых плотин, каналов, в берегоукреплении, ландшафтных работах, защите склонов от водной эрозии.

Способ укрепления земляного сооружения // 2633846

Изобретение относится к области транспортного и дорожного строительства и может быть использовано для укрепления земляных сооружений в пучинистых грунтовых условиях.

Геотекстильная цементирующаяся оболочка и способ ее изготовления // 2632887

Заявленная группа изобретений относится к области строительства, в частности к средствам для обеспечения надежной и долговечной защиты сооружаемых гидротехнических, гидрологических, промышленных, гражданских, военных объектов строительства, для предотвращения процессов ослабления грунтов береговой линии вследствие эрозии, вызванной водным течением, действием прибрежных волн, экзогенными процессами, для укрепления грунтов на откосах и склонах, для предотвращения его сползания, которые возможно использовать на местности со сложным рельефом.

Способ экологически безопасного обустройства придорожной полосы автомобильной трассы и шоссе // 2626849

Изобретение относится к области безопасности жизнедеятельности и экологической безопасности и может быть использовано для повышения безопасности движения автомобильного транспорта на автомобильной трассе и шоссе, снижения риска аварийности и негативных последствий дорожно-транспортных происшествий, а также для улучшения качества атмосферного воздуха.

Армированная георешетка и способ ее получения // 2625058

Изобретение относится к области строительства, а именно к армированной георешетке и способу ее получения, и может быть использовано в нефтегазовой, транспортной, гидротехнической отраслях для армирования строительных конструкций и укрепления слабых оснований промышленных и гражданских сооружений, а также откосов береговых линий и русел водоемов.

Способ укрепления откосов уступов применением тросовой системы // 2622933

Изобретение относится к строительству, а именно к укреплению откосов уступов. Способ укрепления откоса состоит в том, что укрепление производят сваями и анкерами, при этом применяют укрепительную систему в виде тросов.

Способ рекультивации шламовых амбаров без их засыпки на территории лесного фонда российской федерации в среднетаёжной подзоне западной сибири // 2617632

Изобретение относится к охране окружающей среды при строительстве скважин на нефть и газ на территории лесного фонда Российской Федерации в Среднетаежной подзоне Западной Сибири.

Способ укрепления земляного сооружения и устройство для его осуществления // 2609505

Изобретение относится к области строительства, в том числе транспортного, дорожного и гидротехнического, и может быть использовано для укрепления земляных сооружений различного назначения, в том числе насыпей земляного полотна, дамб, откосов земляных сооружений, предназначенных для строительства на них различных сооружений и т.п.

Способ укрепления откосов уступов дорог // 2608595

Изобретение относится к области строительства, а именно к укреплению грунтов склонов, откосов, насыпей, преимущественно горных дорог, засыпок подпорных стенок, может быть использовано для укрепления неустойчивых грунтов, например, при строительстве и ремонте автомобильных и железных дорог в горной местности в сейсмоопасных районах.

Гибкое защитное бетонное покрытие и способ его возведения // 2603036

Изобретение относится к берегоукрепительным сооружениям. Гибкое защитное бетонное покрытие выполнено из бетонных блоков 1, пошагово расположенных в продольном и поперечном направлении и связанных между собой двухосной геосинтетической решеткой 5, замоноличенной в бетонные блоки 1.

Способ крепления откосов гидротехнических сооружений, берегов горных рек // 2646284

Изобретение относится к области строительства земляных сооружений и может быть использовано для крепления откосов выемок и насыпей транспортных, гидротехнических и мелиоративных сооружений. Способ крепления откосов гидротехнических сооружений, берегов горных рек включает укладку гибкого откосного крепления вдоль гидротехнического сооружения. Гибкое откосное крепление выполняют из местных износостойких природных элементов, в которых предварительно внецентренно выполняют отверстия. Через отверстия, выполненные насквозь, пропускают гибкий канат или стальной трос, выполняя с двух сторон каждого износостойкого природного элемента узлы из каната или закрепляя металлические шайбы. При выполнении внецентренного отверстия до 1/3 глубины устанавливают анкеры, позволяя износостойким природным элементам вращаться вокруг оси. Технический результат состоит в повышении эксплуатационной надежности крепления, расширении арсенала средств используемых для крепления откосов гидротехнических сооружений. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство для укрепления откосов земляной насыпи // 2648121

Изобретение относится к области гидротехнического, гражданского, транспортного строительства и может быть использовано для укреплении откосов земляной насыпи от размывов, для их защиты от ожидаемого паводка и водной и ветровой эрозии. Устройство для укрепления откосов земляной насыпи представляет собой послойно выполненную конструкцию из подстилающего слоя, несущего слоя, выполненного из сотового геосинтетического материала, каждая ячейка которого заполнена заполнителем. В него дополнительно введен удерживающий слой, расположенный на несущем слое, при этом подстилающий и удерживающий слои выполнены из сетчатого материала и соединены между собой. В качестве заполнителя выбран сыпучий заполнитель, причем при высоте несущего слоя в 10-15 см соотношение диаметров сыпучего заполнителя и ячейки сетчатого материала удерживающего и подстилающего слоев выбрано из диапазона 1,3-4. Технический результат состоит в повышении технологичности цикла работ по сооружению устройства за счет сокращения времени выполнения работ по его сооружению и изготовления его индустриальным путем. 1 ил.