Габионная подпорная стенка
Владельцы патента RU 2249071:
Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия (RU)
Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для укрепления склонов, в руслах рек, каналов. Стенка включает уложенные слоями габионы из сеток и камней. Габионы выполнены в виде параболических цилиндров, ориентированных поперек или вдоль направления движения потока и соединенных между собой со смещением гребней габионов верхних слоев относительно гребней габионов нижних слоев, к которым они прикреплены. Парабола, лежащая в основании параболического цилиндра, описывается уравнением где X, Y - соответственно абсцисса и ордината параболы; BГ, hГ - соответственно ширина и высота габионов, ВГ=(2÷4)hГ. В отдельных случаях исполнения стенка может иметь различные формы поперечного сечения: трапецеидальную с расширенным основанием, ступенчатую с уменьшающейся кверху шириной ступеней, тавровую с ориентированной вниз полкой, служащей фундаментом, Г-образную. Изобретение повышает несущую способность стенки и снижает экономические затраты на строительство. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.
Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в качестве устройства для укрепления склонов, берегоукрепительных конструкций в размываемых руслах рек, каналов и других сооружениях.
Известно устройство габион [1], состоящий из металлической сетчатой оболочки и заполнителя в виде активного металлургического, шлака.
Недостатками данного технического решения являются:
- жесткость конструкции габиона недостаточная, а сетка габионов может подвергаться сильному истиранию наносами в процессе эксплуатации;
- несущая способность на изгиб и на сдвиг такой конструкции достаточно низкая;
- конструкция и способ ее строительства достаточно сложен;
- как такое техническое решение неэффективно применять для крепления высоких откосов;
- в экологическом отношении не является благоприятным техническим решением.
Наиболее близким техническим решением является габионная подпорная стенка [2], включающая уложенную слоями габионы из сеток и камней. Недостатками данного технического решения являются:
- жесткость конструкции габиона недостаточная, так как нет связи между слоями внутри габиона и между габионами;
- форма каркаса габиона является изменяемой;
- несущая способность на изгиб и на сдвиг такой конструкции достаточно низкая;
- в экономическом отношении не является благоприятным техническим решением.
Цель изобретения - повышение несущей способности при работе на изгиб и сдвиг и экономичности сооружения.
Поставленная цель достигается тем, что габионная стенка прямоугольного или другого сечения состоит из параболических цилиндров, имеющих поперечную или продольную ориентацию направлению движения потока. Габионная подпорная стенка из параболических цилиндров сооружается постепенно, для этого вначале в основании укладывается нижняя сетка. Сетка укладывается со смещением и образованием нахлеста. В месте нахлеста сетки соединяются между собой соединительной проволокой. Соединительная проволока скручивается устройством для скручивания проволоки, имеющим для этого два специальных отверстий, в которые просовываются концы соединительной проволоки и далее рычагом скручиваются, тем самым образуется прочное соединение. На образованный таким образом ковер из сетки укладываются формы, имеющие форму параболических цилиндров. Парабола, лежащая в основании параболического цилиндра, описывается уравнением
Y=kX2;
где X, Y - соответственно абсцисса и ордината параболы, лежащей в основании параболического цилиндра; k - коэффициент.
Найдем величину коэффициента k, зная, что и когда
Y=h; 
где Bг, hг - соответственно ширина и высота габионов,
Вг=(2-4)hг.
Отсюда
или 
Окончательно получим уравнение
Загрузочное отверстие формы заполняется слоем камней, имеющим аналогичную форму, после чего она снимается. По верхнему слою камней, имеющих форму параболических цилиндров, прокладывается верхняя сетка разматыванием рулонов, который, облегая его, прикрепляется с помощью соединительной проволоки к нижнему слою сетки (фиг.2).
Каждый отдельный параболический цилиндр на одном погоном метре длины имеет 6-10 креплений соединительной проволоки, толщина которой обычно 4-5 мм, и предел прочности на растяжение может достигать 800-1300 кг. Таким образом привязанные параболические цилиндры имеют повышенную устойчивость против сдвиговых и изгибающих сооружение нагрузок.
Причем ориентация параболических цилиндров может быть как поперечной, так и продольной (фиг.1, 4) по отношению к направлению движения водного потока. Наиболее благоприятной ориентацией при чисто габионном креплении является поперечная, так как образованные параболические цилиндры при такой ориентации имеют повышенную конструктивную жесткость на сжатие и на изгиб, поэтому меньше деформируются в процессе эксплуатации и наиболее устойчивы при работе на изгибающие нагрузки.
Наиболее благоприятной высотой габионов является hг=0.2-0.5 м. При такой высоте габионов ширина колеблется в пределах Вг=0.5-1.0 м и камни, находящиеся под сеткой, максимально закреплены за счет силы трения камней о боковую поверхность сетки. Сила трения о боковую поверхность в этом случаи превосходит вес камней, и они не будут выпадать из сетки, если даже габионы из параболических цилиндров привести в вертикальное положение.
Далее по слою из параболических цилиндров укладывается второй слой габионов из параболических цилиндров, который прикрепляется соединительной проволокой к гребням нижнего слоя (фиг.2). Гребни второго слоя габионов сдвинуты относительно гребней нижнего слоя габионов. За вторым следует третий и так последовательно сооружается высокая подпорная габионная стенка, высота которой может достигать больших размеров, а стенка при этом может оставаться тонкой, так как конструкция способна работать на изгибающие нагрузки.
Для улучшения работы габионной подпорной стенки форма поперечного сечения может быть трапецеидальной с расширенным основанием (фиг.5). В этом случае снижается давления на грунт основания и повышается устойчивость сооружения на опрокидывание.
Для усиления несущей способности при работе на изгибающие нагрузки, а также устойчивости сооружения на опрокидывание стенка может иметь ступенчатую форму поперечного сечения с уменьшающейся шириной ступеней кверху (фиг.6). Плоская сторона стенки при этом примыкает к подпираемому грунту, тем самым смещается центр тяжести подпорной стенки и увеличивается удерживающий от опрокидывания момент.
Значительно усиливается несущая способность на изгибающие нагрузки и устойчивость габионной подпорной стенки, если она имеет тавровую форму поперечного сечения (фиг.7) полкой, ориентированной вниз. На полку со стороны подпираемого грунта давит вес вышележащего грунта, что усиливает устойчивость сооружения на сдвиг и опрокидывание. У этой конструкции значительно снижаются удельные нагрузки и на грунт основания.
Экономичным и эффективным вариантом при работе на изгибающие нагрузки является Г-образная форма поперечного сечения (фиг.9). Такую конструкцию эффективно использовать в качестве берегоукрепительных сооружений в размываемых руслах при защите берегов рек или каналов от размыва. Передняя часть при этом может использоваться в качестве фартука. Для этого фартук имеет более удлиненную конструкцию и при подмыве может опускаться, не влияя на устойчивость сооружения в целом.
На фиг.1 изображено поперечное сечение подпорной габионной стенки с поперечной ориентацией параболических цилиндров направлению движения потока; на фиг.2 - разрез А-А, на фиг.1; на фиг.3 - график параболы; на фиг.4 - поперечное сечение подпорной габионной стенки с продольной ориентацией параболических цилиндров направлению движения потока; на фиг.5 - подпорная габионная стенка с трапецеидальной формой поперечного сечения; на фиг.6 - ступенчатая габионная подпорная стенка; на фиг.7 - подпорная габионная стенка с тавровой формой поперечного сечения и полкою, ориентированной вниз; на фиг.8 - разрез В-В, на фиг.7; на фиг.9 - Г-образная габионная подпорная стенка; на фиг.10 - разрез С-С, на фиг.9.
Откосное крепление 1 упирается на габионную стенку прямоугольного сечения 2, состоящую из параболических цилиндров 3, имеющую поперечную или продольную ориентацию направлению движения потока. Габионная подпорная стенка из параболических цилиндров 3 сооружается постепенно и в основании вначале укладывается нижняя сетка 4, а сверху камни 5 покрываются верхней сеткой 6, которая закрепляется соединительной проволокой 7 к нижней сетке 4. Габионная подпорная стенка может иметь трапецеидальную 8, ступенчатую 9, тавровую 10 или Г-образную 11 форму поперечного сечения.
Габионная подпорная стенка сооружается и работает следующим образом. На подготовленном основании укладывается нижний слой сетки 4. Сетка 4 укладывается со смещением и образованием нахлеста. В месте нахлеста сетки 4 соединяются между собой соединительной проволокой 7. На образованный таким образом ковер из сетки 4 укладываются формы, имеющие форму параболических цилиндров (фиг.3). Парабола, лежащая в основании параболического цилиндра (фиг.3), описывается уравнением
Y=kX2;
где X, Y - соответственно абсцисса и ордината параболы, лежащей в основании параболического цилиндра; k - коэффициент.
Найдем величину коэффициента k, зная, что 
и когда
Y=h; 
где Bг, hг - соответственно ширина и высота габионов,
Bг=(2-4)hг. Отсюда
или 
Окончательно получим уравнение
Загрузочное отверстие формы заполняется слоем камней, имеющим аналогичную форму, после чего он снимается. По верхнему слою камней 5, имеющих форму параболических цилиндров, прокладывается верхняя сетка 6 разматыванием рулонов, который, облегая его, прикрепляется с помощью соединительной проволоки 7 к нижнему слою сетки 4 (фиг.2). Причем ориентация параболических цилиндров может быть как поперечной, так и продольной (фиг.1, 4) по отношению к направлению движения водного потока. Наиболее благоприятной ориентацией является поперечная, так как образованные параболические цилиндры при такой ориентации имеют повышенную конструктивную жесткость на сжатие и на изгиб, поэтому меньше деформируются в процессе эксплуатации и наиболее устойчивы при работе на изгибающие нагрузки.
Наиболее благоприятной высотой габионов является hг=0.2-0.5 м. При такой высоте габионов ширина колеблется в пределах Вг=0.5-1.0 м и камни, находящиеся под сеткой 6, максимально закреплены за счет силы трения камней о боковую поверхность сетки 6. Сила трения о боковую поверхность в этом случае превосходит вес камней, и они не будут выпадать из сетки 6, если даже габионы из параболических цилиндров привести вертикальное положение.
Далее по слою из параболических цилиндров укладывается второй слой габионов из параболических цилиндров, который прикрепляется соединительной проволокой 7 к гребням нижнего слоя (фиг.2). Гребни второго слоя габионов сдвинуты относительно гребней нижнего слоя габионов. За вторым следует третий и так последовательно сооружается высокая подпорная габионная стенка высота, которой может достигать больших размеров, а стенка при этом, оставаться тонкой, так как конструкция способна работать на изгибающие нагрузки.
Для улучшения работы габионной подпорной стенки форма поперечного сечения может быть трапецеидальной 8 с расширенным основанием (фиг.5). В этом случаи снижается давление на грунт основания и повышается устойчивость сооружения на опрокидывание.
Для повышение несущей способности при работе на изгибающие нагрузки, а также устойчивости сооружения на опрокидывание стенка может иметь ступенчатую форму поперечного сечения 9 с уменьшающейся шириной ступеней кверху (фиг.6).
Значительно усиливается несущая способность на изгибающие нагрузки и устойчивость габионной подпорной стенки, если она имеет тавровую форму поперечного сечения 10 (фиг.7) полкой, ориентированной вниз. У этой конструкции значительно снижаются удельные нагрузки и на грунт основания.
Экономичным и эффективным вариантом при работе на изгибающие нагрузки является Г-образная форма поперечного сечения 11 (фиг.9). Такую конструкцию эффективно использовать в качестве берегоукрепительных сооружений в размываемых руслах. Передняя часть при этом может использоваться в качестве фартука.
Предлагаемая габионная подпорная стенка дешевле и надежнее в работе известных аналогичных технических решений. При этом экономичность этих сооружений в 1,5-2 раза больше, так как конструкция способна работать на изгибающие нагрузки.
Источники информации
1. А.с. 1141143 СССР, МКИ Е 02 В 3/12. Габион/ Саратов И.Е., Свиренко Л.П.и Шерков И.А. (СССР); заяв. 14.09.83; опубл. 23.02.85, Бюл. №7 (аналог).
2. Алтунин С.Т. Регулирование русел. Государственное издательство сельскохозяйственной литературы. Москва, 1956, с.63-64, рис.37-39 (прототип).
1. Габионная подпорная стенка, включающая уложенные слоями габионы из сеток и камней, отличающаяся тем, что габионы выполнены в виде параболических цилиндров, ориентированных поперек или вдоль направления движения потока и соединенных между собой со смещением гребней габионов верхних слоев относительно гребней габионов нижних слоев, к которым они прикреплены, а парабола, лежащая в основании параболического цилиндра, описывается уравнением
где X, Y - соответственно абсцисса и ордината параболы;
Bг, hг - соответственно ширина и высота габионов, Вг=(2÷4)hг.
2. Стенка по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет трапецеидальную форму поперечного сечения с расширенным основанием.
3. Стенка по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет ступенчатую форму поперечного сечения с уменьшающейся кверху шириной ступеней.
4. Стенка по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет тавровую форму поперечного сечения с ориентированной вниз полкой, служащей фундаментом.
5. Стенка по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет Г-образную форму поперечного сечения.
