Результат интеллектуальной деятельности: Плоская податливая георешетка

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении фундаментов зданий на слабых грунтах и подпорных стен.

Известна плоская георешётка, представляющая собой один из видов геосинтетиков, предназначенный для армирования грунтов и изготовляемый путем сварки высокопрочных лент или прядей волокон, как правило, из полиэстера или полиамида, которым не свойственна ползучесть (S. K. Shukla. Fundamentals of Geosynthetic Engineering/ S. K. Shukla, J. H. Yin. – Taylor & Francis Group, UK, 2006. – p. 4 figure 1.2; Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения/ под ред. В.А. Ильичева и Р.А. Мангушева, М: Издательство АСВ, 2016. – с. 428 – аналог).

При возведении подпорной стены укладываемая послойно георешётка крепится к ней, например, путём заделки в стык между блоками (Узел соединения георешётки с блоками подпорной стенки и решетчатый соединитель, используемый в нём/ Патент РФ №2353730 С2, МПК Е02D 29/02. Опубл. 27.04.2009, бюлл. № 12; Clip-on connector to geogrid for segmental block reinforced soil retaining wall mechanical connection system/ Патент США №US 2009/0142145 А1. Опубл. 04.06.2009). Противоположный конец георешётки закладывается в грунт за предполагаемую поверхность скольжения на длину анкеровки. Одним из возможных случаев потери устойчивости подпорной стены при надёжном креплении к ней георешётки и достаточной длине анкеровки является обрыв армирующих слоёв (СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений. – Введ. 2017.07.01. – М: Минрегион, 2017. – с. 125; И.Ю. Заручевных, А.Л. Невзоров. Механика грунтов в схемах и таблицах. – М: Издательство АСВ, 2016. – с. 86).

В то же время известно, что давление грунта на неподвижную стену σ_ho, называемое давлением состояния покоя, больше активного давления σ_hа, возникающего при смещении стены от грунта (И.Ю. Заручевных, А.Л. Невзоров. Механика грунтов в схемах и таблицах. – М: Издательство АСВ, 2016. – с.73). Например, для песка с углом внутреннего трения φ = 32° и коэффициентом Пуассона ν = 0,32:

, где σ_v – вертикальные напряжения;

Из-за наличия армирующих слоёв, жёстко соединённых со стеной и надежно заанкеренных в грунте, подпорная стена является неподвижной. Её смещение возможно лишь при обрыве армирующих слоёв, что связано с потерей устойчивости всей конструкции. Ограниченное перемещение стены, например, за счет податливости георешётки, обеспечит снижение действующего на неё горизонтального давления от значения σ_ho до σ_ha, что позволит уменьшить массивность подпорной стены или число армирующих слоёв.

При возведении фундаментов на армированной песчаной подушке, устраиваемой в слабых грунтах, надёжная анкеровка концов полотнищ армирующего материала приводит к тому, что этот материал работает как горизонтальная мембрана, на которую действуют создаваемые фундаментом вертикальные напряжения. Обрыв георешётки приводит к быстро прогрессирующей осадке основания. Податливость георешётки, то есть её удлинение на заданную величину при достижении определённого значения растягивающего усилия, позволит добиться оптимального перераспределения напряжений в основании фундамента между грунтом и георешёткой, и предотвратить тем самым разрыв последней.

Известна плоская георешётка с датчиками, служащими для измерения растягивающих напряжений в её элементах (Sensor-enabled geosynthetic material and method of making and using the same/ Патент США №US 7975556 B2. Опубл. 12.07.2011; Chen Renpeng, Wang Yanwei, Chen Wenhua и др. Measuring geogrids stress using distributed fiber-optic sensors based on pulse-prepump-Brillouin optical time domain analysis/ World congress on advances in Civil, Environmental and Materials Research (ACEM-14), Busan, Korea, August 24-28, 2014 – аналог). В связи с тем, что ограничить нагрузку, действующую на поверхность засыпки подпорной стены или на основание фундамента в процессе их эксплуатации, как правило, невозможно, наличие датчиков не позволит предотвратить разрыв георешётки. Фактическое значение растягивающих напряжений и опасность разрыва георешетки могут быть приняты во внимание лишь при проектировании аналогичных сооружений.

Известна растягивающаяся георешётка из плоского эластичного материала, содержащая ячейки щелевой формы и одинаковой длины, расположенные рядами параллельно друг другу, которая в нерастянутом положении является плоской, а в растянутом вдоль полотна положении образует объёмную ячеистую конструкцию (Растягивающаяся георешётка. Патент РФ №2090702 С1, МПК E02D 17/20, опубл. 20.09.1997 – аналог). Георешётка растягивается в период производства работ. Образовавшаяся объёмная структура заполняется грунтом и служит для защиты откосов насыпей от водной и ветровой эрозии. Во время эксплуатации сооружения растяжение георешётки не предусмотрено.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является георешётка ПОЛИСЕТ ПС, изготовленная из лент высокопрочного материала, расположенных во взаимно перпендикулярном направлении и скреплённых сваркой (Георешётка полиэфирная ПОЛИСЕТ ПС 100/100-20 https://meaplast-perm.pulscen.ru/goods/74914684-georeshetka_ps_100_100_20_500_poliset – прототип). Недостатком георешетки является отсутствие какой либо защиты от обрыва при возрастании растягивающих напряжений, результатом чего может быть полная потеря несущей способности сооружения, возведенного с использованием армированного грунта.

Задачей изобретения является повышение надежности георешетки путем защиты ее от разрыва в ходе строительства и эксплуатации сооружения благодаря податливости, то есть возможности увеличения длины при достижении заданного значения напряжений.

Поставленная задача решается за счёт того, что в георешётке, представляющей собой плоский материал из взаимно перпендикулярных соединённых на сварке высокопрочных лент или прядей волокон, на лентах или прядях одного из направлений имеются U-образные отгибы, противоположные края которых соединены связями с прочностью меньшей, чем у соединяемых ими лент или прядей.

Конструкция плоской податливой георешётки иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан вид сверху на фрагмент георешётки в исходном состоянии, а на фиг. 2 – то же, после обрыва связей.

Плоская податливая георешётка, представляющая собой один из видов геосинтетиков, состоит из высокопрочных лент или прядей 1 и 2, расположенных взаимно перпендикулярно и скреплённых на сварке. На лентах или прядях одного из направлений имеются U-образные отгибы 3, противоположные края которых соединены связями 4. Связи 4 скреплены с лентами или прядями 1 на сварке или иным способом.

Связи 4 имеют прочность на растяжение меньше прочности на растяжение соединяемых ими лент или прядей 1. Это достигается за счёт меньшего поперечного сечения, если связи 4, ленты или пряди 1 изготовлены из одного и того же материала, или за счёт использования материала с меньшей прочностью при равном поперечном сечении указанных элементов.

Плоская податливая георешётка, размещённая в грунте засыпки подпорной стены или в основании фундамента, работает следующим образом.

По мере роста нагрузки на поверхность засыпки или на фундамент в слоях георешётки увеличиваются растягивающие напряжения. При достижении заданного значения напряжений связи 4 обрываются, отгибы 3 распрямляются и георешётка удлиняется. Это приводит к снижению горизонтального давления на заднюю грань подпорной стены от σ_ho до σ_ha. В основании фундамента удлинение георешётки приводит к перераспределению напряжений между грунтом и решёткой – напряжения в георешетке уменьшаются, а в грунте возрастают. В обоих случаях разрыва георешётки не происходит, чем обеспечивается сохранение устойчивости сооружений.

Наличие на плоской податливой георешётке нескольких рядов отгибов с различной прочностью связей, расположенных на заданном расстоянии друг от друга, позволяет использовать её при возведении не только подпорных стен и искусственных оснований фундаментов, но и насыпей автомобильных дорог и дамб на слабых грунтах.