УДК 624.01:625.8
НОВЫЙ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ АРМАТУРЫ, ПОВЫШАЮЩИЙ
ЭКСПЛУАТАЦИОННУЮ ПРОЧНОСТЬ
1, д-р техн. наук, проф., кафедры «Автомобили и технологические машины»; 1, канд. техн. наук, доцент кафедры «Автомобили и технологические машины»; 2, ведущий специалист
1ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет». Россия, г. Пермь, Комсомольский пр-т, д. 29. Тел.: (8; ; эл. почта: *****@***ru
2 технического регулирования». Россия, Саратовская область, Саратовский район, пос. Соколовый, 7. Тел. 1-99; эл. почта: *****@***ru
Представлен новый способ изготовления геотехнической арматуры, повышающий эксплуатационную прочность георешётки за счет повышения прочности соединения листов, что позволяет обеспечить работу ячеистой структуры на изгиб с растяжением и без растяжения.
Ключевые слова: геосинтетический материал, георешётка, дорожная одежда.
NEW WAY MANUFACTURING GEOTECHNICAL ARMATURE, RAISING OPERATIONAL DURABILITY
A. V. Kochetkov1, L. V. Yankovsky1; M. V. Stepanov2
1 Perm National Research Polytechnical *****ssia, Perm, Komsomolsky Ave, 29. Ph.: (8; fax: (8; *****@***ru
2 JSC «Research Center of Technical Regulation». Russia, Saratov region, Saratov area, settlement Sokolovy, 7. Ph. 1-99; mail: *****@***ru
The new way manufacturing the geotechnical armature, raising operational durability a geolattice at the expense increase durability connection sheets that allows to ensure functioning cellular structure on a bend with a stretching and without a stretching is presented.
Key words: geosynthetic material, geolattice, road clothes.
Геотехническая арматура, используемая при строительстве покрытий грунтовых поверхностей, может быть применена для укрепления откосов, конусов мостов, армирования оснований автомобильных дорог, аэродромов, промышленных и строительных площадок, а также береговых линий, русел водоемов и т. п. В последнее время всё чаще георешётки применяют для организации экологических парковок – экопаркингов [1, 2] (рис. 1).
Создаваемые при этом в грунте конструкции называют геоимплантатными [3, 4]. Известные способы изготовления решетки с ячеистой структурой имеют ряд существенных недостатков, следствием которых является недостаточная эксплуатационная прочность.
Ученые и специалисты работают над решением данной проблемы. И успехи в этом направлении есть. Так, на базе разработан новый способ изготовления геотехнической арматуры, а в качестве защиты от необоснованных действий конкурентов подана очередная заявка на предполагаемое изобретение [5].
Рис. 1. Пример городской экологической парковки
При разработке изобретения была поставлена задача повысить несущую способность укрепляемых грунтовых поверхностей за счет повышения прочности соединения листов, что позволит обеспечить работу ячеистой структуры на изгиб с растяжением и без растяжения.
Предлагаемый способ изготовления геотехнической арматуры из полимерных полос включает соединение пакета полос сериями соединительных швов. Причем выполнение каждого цикла швов состоит из укладки пары полос на опору, прижима рабочего органа к двум полосам и перемещения пакета полос в позицию очередного соединения. Соединять полосы предлагается между вогнутой стороной верхней полосы и выпуклой стороной нижней полосы путем давления рабочего органа на материал верхней полосы в направлении, перпендикулярном к поверхности нижней полосы. При этом образуются соединительные швы, представляющие собой зоны локального инъектирования материала верхней полосы в материал нижней, создается ребро жесткости в виде прямолинейного участка на вогнутой стороне нижней полосы.
Ширина зоны локального инъектирования составляет 4-9 мм со среднеквадратическим отклонением до 2 мм, а глубина равна толщине верхней полосы. Давление рабочего органа может совмещаться с тепловым воздействием на материал верхней полосы. Перед укладкой полос друг на друга идентифицируют положение выпуклой и вогнутой сторон каждой полосы, а перед соединением полос их укладывают друг на друга выпуклыми сторонами вверх.
В местах соединения полос образуются не сварные швы, а концентратор напряжения как элемент многократного изгиба. Это в итоге повышает срок службы соединения. Дело в том, что при воздействии на материал полосы давлением происходит не силовое формообразование, а размерное формообразование соединения в направлении, перпендикулярном поверхности полосы. Образующиеся при этом соединительные швы являются зоной локального инъектирования материала верхней полосы в материал нижней и прямого изгибного элемента (ребра жесткости) на нижней части нижней полосы. Это позволяет за счет точечного формобразования в вертикальном направлении обеспечить требуемые технико-эксплуатационные характеристики соединительного шва. Кроме того, уменьшается погрешность формообразования соединительного шва, влияние разброса толщин и механических характеристик полос на изменение прочности шва, образуются места соединения полос одинаковой формы и размеров с одинаковыми свойствами сопротивления разрыву. В результате также повышается срок службы соединения.
При распределении геотехнической арматуры на поверхности путем гибки с растяжением относительно каждого шва образуется равномерно распределенный по непрерывной поверхности горизонтально и вертикально устойчивый арматурный каркас, предназначенный для фиксации наполнителя (грунт, песок, щебень и т. д.) (рис. 2).
Рис.2. Общий вид неперфорированной арматуры геотехнической
в распределенном положении
На рис. 3 изображен внешний вид геотехнической пластиковой арматуры в расправленном положении, вид сбоку и сверху после её изготовления (в этом положении происходит транспортировка материала).
Рис. 3. Внешний вид геотехнической пластиковой арматуры в расправленном положении и вид сбоку и сверху после её изготовления
На рис. 4 изображён вид сверху впадин концентраторов напряжений на полосе арматуры.
Рис.4. Вид сверху впадин концентраторов напряжений на полосе арматуры
Арматура геотехническая пластиковая может быть перфорированной (рис. 5). Перфорирование производится на ленте методом штамповки. Диаметр перфорации составляет 6 мм (может быть изменен в соответствии с проектным решением), площадь перфорации - не более 5 % от площади ленты. Цветовая гамма пластиковой арматуры может быть выбрана по согласованию с потребителем.
Рис.5. Внешний вид ячейки перфорированной арматуры
Геотехническая арматура производится следующим образом. Полосы в состоянии поставки естественно преднапряжены, т. е. каждая полоса в поперечном сечении имеет вогнуто-выгнутый профиль. Перед укладкой полос друг на друга идентифицируют положение выпуклой и вогнутой сторон каждой полосы, а перед соединением их укладывают горизонтально на несущую опору, лежащую на станине, выпуклыми сторонами вверх. На рис. 6 представлена схема осуществления способа.
Рис. 6. Схема реализации способа:
1 – полоса, 2 – несущая опора, 3 – матрица, 4 – рабочий орган
Пары полос соединяют между вогнутой стороной верхней полосы и выпуклой стороной нижней путем давлением рабочего органа 4 на материал верхней полосы в направлении, перпендикулярном к поверхности нижней полосы. Места соединения полос, т. е. соединительные швы, приобретают свойства концентратора напряжения как элемента многократного изгиба. Для регулирования взаимного положения опоры 2 и рабочего органа 4 на основе координатного замыкания несущая опора 2 фиксируется при помощи матрицы 3 в заданных точках координат. После фиксации опоры 2 приводится в действие рабочий орган 4 (пуансон), создающий давление на пару уложенных полос 1 перпендикулярно плоскости опоры 2 (в плоскости, нормальной плоскости опоры 2) к поверхности нижней полосы.
При регистрации чрезмерного разогрева верхней части полосы опору перемещают вниз на корректирующее приращение a, например, -0,1 мм. В случае избыточного утопления материала верхнего листа в материал нижнего опору перемещают вверх на корректирующее приращение а, например +0,1 мм.
При воздействии на пару полос давлением рабочего органа в местах соединения полос образуется пятно контакта 5, представляющее собой зону локального инъектирования материала верхней полосы в материал нижней в виде впадины на верхней полосе и ребра жесткости 6 на нижней полосе (рис. 7).
|
Рис. 7. Зона локального инъектирования
Для обеспечения требуемых адгезионных характеристик соединительных швов ширина зоны локального инъектирования составляет 4-9 мм со среднеквадратическим отклонением до 2 мм2, а глубина равна толщине верхней полосы. При ширине зоны менее 4 мм данное сечение оказывается самым узким и является источником образования трещин (разрывов). При ширине зоны локального инъектирования более 9 мм место соединения полос теряет свойства концентратора напряжений, из-за чего сокращается срок службы арматуры.
Через заданные промежутки рабочим органом формируют соединительные швы по всей ширине полос. При этом швы могут быть образованы под углом a, равным 900, и/или под углом a<900, т. е. наклонно, и/или под углом a с различным значением, т. е. разнонаклонно к ребру полосы в горизонтальной плоскости (рис. 8).
Это позволяет использовать геотехническую арматуру на участках поверхности с различной криволинейностью. Разнонаклонность швов должна соответствовать форме укрепляемой поверхности.
Рис. 8. Варианты расположения соединительных швов
Если соединительные швы располагаются, например, с наклоном под углом 80o по отношению к ребрам полосы, то арматура может быть использована для укрепления откосов с уклоном до 25o по отношению к заложению. Если же швы расположены с наклоном под углом 70o, то соответственно с уклоном до 35o, а в случае наклона 60о – соответственно с уклоном до 45о.
После формирования соединительных швов по всей ширине пары полос продольно перемещают эту пару на заданный шаг и формируют следующую серию соединительных швов. Таким образом, выполняют серии швов по всей длине полосы. Затем переставляют опору под верхнюю полосу, на нее вогнутой стороной вниз укладывают очередную полосу и формируют следующую серию соединительных швов.
Лицевая поверхность полос может быть гладкой, текстурированной или перфорированной. Их толщина может составлять 1,0-1,5 мм. Шаг между сериями соединительных швов по длине полосы должен соответствовать проектному решению и определяться формой укрепляемой (например, грунтовой) поверхности. Арматура может быть изготовлена длиной 5,0-8,0 м и шириной 1,0-2,5 м.
Экспериментально установлено, что прочность полученного соединительного шва составляет не менее 90 кг/см2. Также экспериментально установлено, что при выполнении соединительного шва между вогнутой стороной верхней полосы и выпуклой стороной нижней полосы достигается наиболее прочное соединение с минимальными отклонениями размерно-механических параметров шва.
Использование заявленного способа повысит несущую способность укрепляемых грунтов, а также уменьшит риск того, что не будет достигнут требуемый срок службы сооружений и конструкций.
Исследование проведено при финансовой поддержке государства «Теоретическое исследование взаимодействия систем "основание-геоимплантат-сооружение" объектов автодорожной инфраструктуры», вузовский шифр работы № 000.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. , Кочетков геоимплантатных конструкций для создания экопаркингов // Экология и промышленность России. – 2011. – май. – С. 32-34.
2. Инновации в геоимплантатах: экопаркинги для мегаполисов / , , // Строительные материалы. – 2011. – № 2. –С. 35-38.
3. Кочетков как новый предметный термин в геосинтетике // Строительные материалы. – 2010. – №2. – С. 36.
4. Янковский геоимплантатных конструкций, используемых при строительстве и ремонте транспортных объектов // Строительные материалы. – 2011. – №7. – С. 51-53.
5. Патент 2437986. Способ изготовления арматуры геотехнической. / , Вьюгов . 27.12.11. (заявка на патент РФ. От 26.06.2010 № ).
