Результат интеллектуальной деятельности: ПОКРЫТИЕ ОТКОСОВ

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано для защиты от воздействия ветровых волн и предотвращения размыва берегов озер, рек, водохранилищ, откосов грунтовых плотин и каналов, а также других гидротехнических сооружений.

Известно покрытие откосов (Патент №1298292, Российская Федерация, МПК Е02В 3/12. Покрытие откосов гидротехнического сооружения / В.М. Лятхер, А.Т. Ли, И.Н. Иващенко. Заявитель и патентообладатель - Гидропроект им. С.Я. Жука - №3893166/29-15; заяв. 12.05.85; опубл. 23.03.87). Известное устройство включает блоки, тросы, фильтрующий элемент. Блоки выполнены из бетона, которые воспринимают внешние нагрузки и обеспечивают тем самым защиту откоса от механических повреждений. Тросы связывают между собой блоки и предотвращают их смещение относительно друг друга. Фильтрующий элемент выполнен в виде мата и служит для снятия фильтрационного давления.

Недостатками известного устройства являются нетехнологичность, высокая трудоемкость и стоимость, а также длительный срок его строительства.

Нетехнологичность известного устройства обусловлена необходимостью выполнения множества различных технологических операций и задействования значительного количества строительной техники при устройстве различных слоев покрытия. Так, при укладке блоков необходимо крановое оборудование, при устройстве фильтрующих элементов необходимы: автосамосвал, экскаватор, бульдозер и каток. При этом также необходимо строго соблюдать определенную последовательность этих сложных операций. Нарушение последовательности может привести к быстрому разрушению откоса.

Высокая трудоемкость и стоимость связаны с низкой технологичностью известных покрытий, с большим количеством элементов, необходимостью выполнения при их устройстве множества различных технологических операций, сложными работами при скреплении блоков между собой, потребностью в использовании большого количества таких дорогостоящих строительных материалов, как металл, бетон, значительных транспортных расходов и многочисленной строительной техники.

Длительный срок возведения покрытия является следствием низкой технологичности и значительной трудоемкости известных технических решений. Каждая операция выполняется только после завершения предыдущей. Для таких последовательных операций и подготовки очередной техники требуется время, что и увеличивает общий срок выполняемых работ.

Известно также покрытие откосов (Hackmann G. Die COLCRETE-Matte und die verklammerte . Systeme zum Schutz hochbelasteter Hafensohlen / G. Hackmann, K.. // HANSA. - 1996. - Nr. 8, S. 54, рис. 2, 3, 4) - аналог. Это устройство включает блоки, верхнее полотно, нижнее полотно, гибкие связи, перемычки и фильтрующие элементы. Нижнее и верхнее полотна изготавливаются из синтетического, водостойкого, тканого водопроницаемого материала. Блоки выполнены из бетона непосредственно на месте размещения защитного покрытия путем заполнения самоуплотняющейся бетонной смесью пространства между верхним и нижним полотнами. Размеры блоков не превышают 1,5 на 1,5 м. Гибкие связи из тканых лент шириной 5 мм размещены путем пришивания между верхним и нижним полотнами и обеспечивают требуемую форму блока в виде «подушки» за счет предотвращения неконтролируемого расширения при подаче бетонной смеси в блок. Перемычки связывают между собой блоки и предотвращают их смещение относительно друг друга. Конструкция перемычек аналогична блокам. Они размещены по периметру каждого блока и выполнены со значительно меньшими размерами по ширине и толщине по сравнению с размерами блока. Фильтрующие элементы размещены в перемычках в угловых зонах блоков и обеспечивают снятие фильтрационного давления. Они представляют собой участки прямоугольной формы размером 50 на 50 мм, не заполненные бетоном, где верхнее и нижнее полотна сшиты между собой.

Недостатком известного устройства являются низкая надежность и высокая трудоемкость и материалоемкость.

Низкая надежность известного покрытия откосов обусловлена тем, что блоки связаны друг с другом только посредством перемычек. При воздействии высоких волн блоки воспринимают значительные динамические воздействия, из-за чего в перемычках возникают значительные растягивающие напряжения. Такое длительное воздействие может привести к разрушению перемычек и нарушению связей между отдельными блоками. В свою очередь, нарушение связей между отдельными блоками приведет к смещению блоков относительно друг друга, к вымыванию частиц грунта откоса и вызовет разрушение всего покрытия.

Высокая трудоемкость и материалоемкость известного покрытия откосов обусловлена тем, что для обеспечения устойчивости элементов покрытия и защищаемого откоса, под воздействием природных явлений или транспортных нагрузок, необходима значительная масса покрытия и планировка откоса до заложения, обеспечивающего устойчивость не только откоса, но и элементов покрытия против сдвига по плоскости откоса, что приводит к необходимости значительного его уполаживания и, как следствие, увеличению объемов бетонных и земляных работ.

Наиболее близким техническим решением является покрытие откосов (Патент №158735, Российская Федерация, МПК Е02В 3/12; Е02В 3/14. Покрытие откосов / М.И. Бальзанников, М.В. Родионов, М.Г. Литвинова. Заявитель и патентообладатель - Самарский государственный архитектурно-строительный университет, Самара - №2015119275/13; заяв. 21.05.2015; опубл. 20.01.2016 г.) - прототип. Это известное устройство включает блоки, верхнее полотно, нижнее полотно, гибкие связи, перемычки и фильтрующие элементы, размещенные в перемычках, внутренние армирующие элементы и фильтрующее подстилающее полотно, при этом внутренние армирующие элементы выполнены в виде гибких канатов, которые размещены внутри тела каждого блока в зоне возможного возникновения растягивающих напряжений между верхним и нижним полотнами и между гибкими связями параллельно откосу, и соединены своими противоположными концами с перемычками; фильтрующее подстилающее полотно выполнено из водопроницаемого материала, размещено под нижним полотном и перемычками, своей верхней поверхностью прикреплено к нижнему полотну и перемычкам, а нижней поверхностью обращено к защищаемому откосу.

Недостатком этого устройства является его высокие трудоемкость и материалоемкость. Высокие трудоемкость и материалоемкость известного покрытия откосов обусловлены тем, что для обеспечения устойчивости элементов покрытия и защищаемого откоса, под воздействием природных явлений или транспортных нагрузок, необходима значительная масса покрытия и планировка откоса до заложения, обеспечивающего устойчивость не только откоса, но и элементов покрытия против сдвига по плоскости откоса, что приводит к необходимости значительного его уполаживания и, как следствие, увеличению объемов бетонных и земляных работ.

Сущность изобретения заключается в создании единой конструкции покрытия для защиты берегов водоемов и откосов гидротехнических сооружений от деформации, обрушения и размыва под воздействием природных явлений или транспортных нагрузок, позволяющей повысить надежность работы, а также экономическую эффективность покрытия откосов.

Технический результат - повышение надежности и эффективности работы покрытия откосов, а также снижение материалоемкости при его изготовлении и трудоемкости при установке на защищаемый откос.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном покрытии откосов, включающем бетонные блоки, образованные путем нагнетания самоуплотняющейся бетонной смеси через прорези в пространство пришитых между собой по периметру водопроницаемых полотен, имеющих гибкие связи в виде прочных тканых лент шириной не более 5 мм, находящихся между верхним и нижним полотном, устроенные путем сквозного прошивания лентами этих полотен, обеспечивающие требуемую форму бетонным блокам и предотвращающие разрыв полотен под напором нагнетаемого бетона, с расположенными между бетонными блоками узкими перемычками, имеющими укороченные гибкие связи, и фильтрующими элементами, размещенными по углам бетонных блоков в перемычках, внутренние армирующие элементы и фильтрующее подстилающее полотно, прикрепленное с нижней стороны бетонных блоков, при этом внутренние армирующие элементы выполнены в виде гибких канатов, размещены внутри тела каждого блока в зоне возможного возникновения растягивающих напряжений между верхним полотном и нижним полотном и между гибкими связями параллельно поверхности откоса, особенность заключается в том, что оно дополнительно снабжено водопроницаемыми ткаными армирующими полосами и анкерами, при этом тканые армирующие полосы одним концом пришиты к фильтрующему полотну под каждым бетонным блоком в одном или нескольких местах расположения внутренних гибких связей, а другим концом прикреплены к анкерам, установленным в теле откоса. Количество армирующих полос и анкеры, их размеры, прочностные и деформационные характеристики, а также расстояние между ними назначаются с учетом напряжений, возникающих в конструкции покрытия откосов, и условий обеспечения устойчивости защищаемого откоса. Установка анкеров производится, например, вручную или с использованием малой техники, путем их забивки в тело откоса. Армирующие полосы крепятся к анкерам, например, вручную, путем привязывания армирующих полос к анкерам. Армирующие полосы изготавливаются из гибкого тканого синтетического водопроницаемого материала типа геоткани или георешетки, а в качестве анкеров использованы металлические стержни с антикоррозийным покрытием. Установка армирующих полос и анкеров производится по мере отсыпки защищаемого откоса. Количество армирующих полос по длине одного бетонного блока, их длина, прочностные и деформативные характеристики, а также шаг и размеры анкеров назначаются с учетом возникающих в конструкции напряжений из условий обеспечения устойчивости защищаемого откоса и бетонных блоков в пределах него.

Покрытие откосов выполнено в виде единого гибкого устройства, которое скручивают в рулон для транспортировки к месту эксплуатации. После укладки покрытия на защищаемый откос по мере его отсыпки и укладки в рабочее положение армирующих полос и установки анкеров, для формирования бетонных блоков, через прорези, устроенные в верхней части покрытия, пространство между верхним и нижним полотнами заполняют самоуплотняющейся бетонной смесью.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы покрытия откосов, увеличения устойчивости защищаемого откоса и его покрытия за счет наличия конструктивных элементов: армирующих полос, анкеров, а также за счет наличия связи между элементами и взаимного их расположения: армирующие полосы одним концом пришиты к фильтрующему подстилающему полотну под каждым бетонным блоком в одном или нескольких местах расположения внутренних гибких связей, а другим концом прикрепляются к анкерам, установленным в теле откоса. Наличие элементов и их связей обеспечивает повышение устойчивости откоса и всей конструкции покрытия откоса за счет армирования защищаемого грунтового откоса и анкеровки бетонных блоков покрытия в защищаемом откосе. Все это обеспечит повышение надежности покрытия откосов.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображено покрытие откосов, общий вид; на фиг. 2 - разрез бетонного блока покрытия откосов, вид сбоку.

На чертежах обозначены: 1 - верхнее полотно, 2 - нижнее полотно, 3 - гибкие связи, 4 - бетонный блок, 5 - фильтрирующий элемент, 6 - перемычка, 7 - место сшивания армирующих полос, фильтрующего полотна и гибких связей, 8 - внутренний армирующий элемент, 9 - фильтрирующее полотно, 10 - армирующие полосы, 11 - анкер, 12 - тело защищаемого откоса.

Покрытие откосов в начальном своем состоянии представляет собой единое гибкое устройство, состоящее из верхнего полотна 1, нижнего полотна 2, гибких связей 3, перемычек 6, внутренних армирующих элементов 8, выполненных в виде гибких канатов, фильтрующих элементов 5, фильтрирующего полотна 9 и армирующих полос 10, которые одним концом пришиты к фильтрирующему полотну 9, а другим концом прикреплены к анкеру 11, расположенному в теле защищаемого откоса 12.

Армирующие полосы 10 изготавливаются из гибкого тканого синтетического водопроницаемого материала типа геоткани или георешетки и пришиваются одним концом к фильтрующему полотну 9 в одном или нескольких местах соединения гибкой связи 3, а другим - прикрепляются к анкеру 11. Анкер 11 представляет собой металлический стержень с антикоррозийным покрытием.

Покрытие откосов изготавливается в заводских условиях и скручивается в рулон для удобства транспортировки к месту укладки.

После транспортировки на место эксплуатации покрытие откосов раскручивается и укладывается на защищаемый откос по мере его отсыпки и укладки в рабочее положение армирующих полос 10 и анкеров 11. Далее осуществляется заполнение покрытия откосов самоуплотняющейся бетонной смесью через прорезь (не показана) в верхнем полотне 1 посредством бетононасоса. В результате заполнения бетонной смесью пространства между верхним полотном 1 и нижним полотном 2 формируются бетонные блоки 4. Форма бетонных блоков 4 обеспечивается посредством заданной длины гибких связей 3. Армирующие полосы 10, пришитые одним концом к фильтрующему полотну 9, а другим к анкерам 11, установленным в теле защищаемого откоса, обеспечивают устойчивость не только каждого бетонного блока 4, но и защищаемого откоса.

Покрытие откосов работает следующим образом. Под действием внешних динамических воздействий (волновых, ледовых, плавающих тел, транспортных нагрузок по верху откоса), а также в результате переувлажнения грунт тела защищаемого откоса может начать деформироваться вплоть до полного или частичного обрушения, при этом покрытие откосов, защищающее откос от размыва, также может разрушиться или сместиться с первоначального положения. Наличие армирующих полос 10 и анкеров 11 путем пересечения возникающих кривых обрушения и компенсации дефицита удерживающих сил обеспечивает устойчивость защищаемого откоса и бетонных блоков 4 в исходном положении, следовательно, и надежную работу покрытия откосов.

Таким образом, предлагаемая конструкция покрытия откосов обеспечит повышение надежности работы защитного покрытия откосов.

Для устойчивого расположения известного покрытия откосов - прототипа на поверхности защищаемого откоса требуется выполнение большого объема земляных работ и обеспечение определенной (повышенной) массы бетонных блоков покрытия откосов, что подразумевает повышенный расход самоуплотняющейся бетонной смеси. С повышением массы бетонных блоков повышается масса всего покрытия откосов и возникает риск сдвига покрытия с места его установки под собственным весом. И чем круче защищаемый откос, тем выше вероятность возникновения этого риска. Наличие армирующих полос и анкеров, которыми снабжено предложенное покрытие откосов, позволяет обеспечить надежную фиксацию и удерживание его на поверхности защищаемого откоса даже со значительно меньшей массой покрытия откосов, сокращая при этом не только расход самоуплотняющегося бетона, но и объем земляных работ, выполняемых при установке покрытия на место эксплуатации. Армирующие полосы, пересекая возможные кривые обрушения защищаемого откоса и фиксируя бетонные блоки, позволяют повысить устойчивость откоса и уменьшить толщину покрытия, снижая материалоемкость и трудоемкость при изготовлении и установке покрытия откосов на защищаемый откос.

В результате применения предлагаемой конструкции покрытия откосов достигается значительный экономический эффект за счет сведения к минимуму дорогостоящих ремонтных работ по восстановлению работоспособности традиционных известных конструкций. В частности, если принять стоимость ремонтных работ 1 кв. м откоса в размере 5,5 тыс. руб., то для откоса площадью 100 кв. м экономический эффект составит около 85 тыс. руб.