Модуль геоячейки полимерной сотовой конструкции

Полезная модель относится к строительству и может быть использована для противоэрозионной защиты и укрепления откосов автомобильных и железных дорог, конусов мостов и путепроводов, для защиты минерального грунта при обваловке нефтегазопроводов, армирования слабых оснований и конструктивных слоев дорожных одежд при строительстве постоянных и временных (технологических) дорог, нефтегазовых терминалов, строительных площадок, армирования грунтовых насыпей на торфяном основании под буровые и другие площадки под высокие нагрузки, укрепление полок и откосов нефтегазопроводов при прокладке в горной местности, строительства подпорных стен автомобильных дорог, насыпей компрессорных станций и площадок, укрепления водоперепусков и водотоков при прохождении через трассу нефтегазопровода, подводных переходов нефтегазопроводов, устройства гибких пригрузов для нефтегазопроводов, усиления балластной призмы и земляного полотна железных дорог, укрепления сооружений поверхностного водоотвода в транспортном, гидротехническом и промышленном строительстве. Техническим результатом патентуемого решения является увеличение срока службы геоячеек за счет за повышения прочности полимерных полос и сварных швов при эксплуатации в различных климатических условиях, повышения биостойкости (грибостойкости), устойчивости к УФ-излучению (остаточная прочность после 500 часов облучения составила более 90%),, морозостойкости и гибкости при низких температурах (до -60°С), увеличения времени индукционного периода окисления. Все это позволит увеличить срок службы геоячеек до не менее чем 50 лет. Заявленный технический результат достигается за счет использования модуля геоячейки, выполненного в виде сотовой конструкции из полимерных полос с рельефной поверхностью в виде ромбовидных углублений, скрепленных между собой сварными высокопрочными швами в шахматном порядке при помощи ультразвука, полосы изготовлены из состава, содержащего полиэтилен низкого давления и углерод, при этом состав дополнительно содержит карбонат кальция и УФ-стабилизатор.

Полезная модель относится к строительству и может быть использована для противоэрозионной защиты и укрепления откосов автомобильных и железных дорог, конусов мостов и путепроводов, для защиты минерального грунта при обваловке нефтегазопроводов, армирования слабых оснований и конструктивных слоев дорожных одежд при строительстве постоянных и временных (технологических) дорог, нефтегазовых терминалов, строительных площадок, армирования грунтовых насыпей на торфяном основании под буровые и другие площадки под высокие нагрузки, укрепление полок и откосов нефтегазопроводов при прокладке в горной местности, строительства подпорных стен автомобильных дорог, насыпей компрессорных станций и площадок, укрепления водоперепусков и водотоков при прохождении через трассу нефтегазопровода, подводных переходов нефтегазопроводов, устройства гибких пригрузов для нефтегазопроводов, усиления балластной призмы и земляного полотна железных дорог, укрепления сооружений поверхностного водоотвода в транспортном, гидротехническом и промышленном строительстве.

В настоящее время известны конструкции различных геотехнических модулей (геоячеек).

Так, из описания к патенту РФ 2166025 (опубликован 27.04.2001) известен геокаркас ячеистой структуры, изготовленный из гибких полимерных лент, установленных на ребра и соединенных между собой сварными швами, расположенными в шахматном порядке, отличающийся тем, что полимерные ленты соединены между собой линейными швами под давлением при их сжатии с расположением точек прижима в шахматном порядке, причем размер точек прижима и расстояние между ними составляют 2-5 мм, а площадь точек прижима составляет 15-30% от площади шва.

В патенте РФ 2129189 (опубликован 20.04.1999) раскрыта конструкция решетки с ячеистой структурой для стабилизации и закрепления грунтовой поверхности, выполненная из гибких полимерных полос, установленных на ребра и соединенных между собой сварными швами в шахматном порядке, при этом полосы изготовлены из состава, содержащего смесь полиэтилена высокого давления и полиэтилена низкого давления, а швы расположены вертикально или наклонно по отношению к ребрам полос на расстоянии 0,2-1,0 м друг от друга и имеют прочность при частоте сварки 18-25 кГц не менее 100 кг/см².

Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является георешетка, известная из патента РФ 56901 (опубликован 27.09.2006), представляющая собой сотовую конструкцию из полимерных полос с рельефной поверхностью в виде ромбовидных углублений, скрепленных между собой сварными высокопрочными швами в шахматном порядке при помощи ультразвука, при этом полосы изготовлены из состава, содержащего полиэтилен низкого давления и углерод.

Недостатками всех известных решеток являются:

- недостаточная прочность полимерных полос и сварных швов, недостаточные показатели морозостойкости и гибкости при низких температурах, а также времени индукционного периода окисления для эксплуатации геоячеек более 20 лет в различных климатических условиях.

- высокие трудозатраты при монтаже геоячеек с малой шириной модуля.

Техническим результатом патентуемого решения является увеличение срока службы геоячеек за счет повышения прочности полимерных полос и сварных швов при эксплуатации в различных климатических условиях, повышения биостойкости (грибостойкости), устойчивости к УФ-излучению, а также морозостойкости и гибкости при низких температурах (до -60°C), увеличения времени индукционного периода окисления. Все это позволит увеличить срок службы геоячеек до не менее чем 50 лет. Также техническим результатом патентуемого решения является снижение трудоемкости при монтаже геоячеек у потребителей.

Заявленный технический результат достигается за счет использования модуля геоячейки, выполненного из полимерных полос с рельефной поверхностью в виде ромбовидных углублений, скрепленных между собой сварными высокопрочными швами в шахматном порядке при помощи ультразвука, полосы изготовлены из состава, содержащего полиэтилен низкого давления и углерод, при этом состав дополнительно содержит карбонат кальция и УФ-стабилизатор.

Все сырьевые компоненты предпочтительно вводить в следующем соотношении, а именно:

- полиэтилен низкого давления - 76-90%

- технический углерод - 2-4%

- карбонат кальция специального помола - 10-25%

- УФ-стабилизатора - 2-4%

Как показали проведенные испытания, изготовление полимерных полос из такого состава позволяет повысить прочность при растяжении полимерных полос до 30 кН/м или 22Н/мм² (МПа), повысить стойкость полос к растрескиванию (трещины при выдерживании образцов в напряженном состоянии в воде при температуре 60°С в течение 300 часов отсутствовали), увеличить устойчивость конструкции к УФ-облучению (остаточная прочность после 500 часов облучения составила более 90%), а также значительно увеличить время индукционного периода окисления - 100 часов.

Кроме этого, благодаря наличию в составе карбоната кальция, улучшается свариваемость полос, повышается прочность шва на отрыв, которая составляет более 20 кН/м и снижается себестоимость выпускаемой продукции на 10%

Изготовление полос с рельефной поверхностью в виде ромбовидных углублений позволит улучшить трение с зернистым материалом. Ромбовидные углубления нанесены с двух сторон полосы. Ромбовидные углубления характеризуются следующими параметрами: диагональ ромба, расположенная поперек полосы георешетки - 2 мм, диагональ, расположенная вдоль полосы - 4 мм, толщина грани - 0,6-0,8 мм, глубина -0,3-0,4 мм. Плотность расположения ромбовидных углублений - 22-31 на 1 см². На границе раздела «рельефной стенки ячейки-заполнитель» трение увеличивается в сравнении с гладкостенной ячейкой, что приводит к повышению сопротивления вертикальным нагрузкам на заполнитель. Рельефные поверхности неплохо зарекомендовали себя при использовании в качестве заполнителя мелкозернистых песков и бетонных смесей.

Заявленный технический результат достигается также за счет конструкции геоячейки, в которой увеличена ширина модуля геоячейки до 2,97-4,3 м (длину при этом можно изменять по запросу потребителей до 15 м, сваривая до 100 полос). Увеличение ширины модуля, при равной площади модуля, позволяет уменьшить количество свариваемых полос, уменьшить трудозатраты при сваривании модуля, ведущие к снижению себестоимости продукции, уменьшить количество сшивок при соединении отдельных модулей, что повышает надежность и устойчивость конструкции, снижает трудозатраты при укладывании модуля у потребителя.

Для улучшения дренирования и дополнительного увеличения трения с заполнителем полосы могут изготавливаться перфорированными.

Диаметр перфорированных отверстий предпочтительно выбирать равным 10 мм.

Расстояние между центрами отверстий каждого ряда желательно выбирать не менее 19 мм, а шаг между отверстиями каждого ряда - не менее 12 мм. Перфорированные стенки геоячеек хороши при использовании в качестве заполнителя относительно крупных зернистых материалов, например, щебня. Отверстия в стенках также способствуют дренажным процессам. Перфорированные геоячейки позволяют принципиально решить проблему дренажа при ее установке на глинистых почвах.

Перфорированные ячейки со сквозными отверстиями также решают проблему закрепления геоячеек при помощи высокопрочных тросов на поверхности, где невозможно использовать анкера.

Использование патентуемой геоячейки позволит:

- увеличить срок службы объекта за счет увеличения срока службы геоячейки в результате изменения рецептуры применяемого сырья при изготовлении геоячейки, что ведет к повышению прочности на растяжение полимерной полосы выше 30 кН/м, повышению прочности на отрыв сварного шва выше 20 кН/м, увеличению времени индукционного периода окисления выше 100 часов, устойчивости к УФ-излучению (потеря прочности после 500 часов УФ-облучения 10%), а также морозостойкости и гибкости при низких температурах (до - 60°С),

- увеличить механические характеристики дорожной конструкции (модуль упругости конструктивного слоя и сдвигоустойчивость нижележащего слоя) за счет армирования (укрепления) геоячейками конструктивных слоев.

- увеличить механические характеристики насыпей, сооружаемых на слабых основаниях (увеличивается жесткость насыпи, повышается коэффициент стабильности, снижается неравномерность деформирования) за счет применения геоячеек, которые в нагруженном состоянии образуют упругую гибкую плиту и равномерно распределяют нагрузку от насыпи на слабое основание.

- уменьшить толщину конструктивного слоя заполнителя геоячейки в составе дорожной конструкции без снижения требуемых прочностных показателей слоя за счет применения более прочных геоячеек.

- снизить себестоимость производства геоячеек за счет применения более дешевого сырья и изменения конструкции геоячейки

- снизить трудозатраты у потребителя при монтаже за счет изменения конструкции геоячейки, в которой увеличена ширина модуля (2,97-4,3 м, а длину можно изменять по запросу потребителей до 15 м, сваривая до 100 полос). Увеличение ширины модуля, при равной площади модуля, позволяет уменьшить количество свариваемых полос.

В качестве полиэтилена низкого давления желательно использовать полиэтилен низкого давления с низким показателем текучести расплава (ПТР) - 0,3-0,55 г/10 мин. Это позволит в сочетании с УФ стабилизатором и меловой добавкой увеличить прочность при растяжении полимерных полос, прочность на отрыв сварного шва, а также значительно повысить время индукционного окисления и грибостойкость. В качестве УФ-стабилизаторов могут использоваться полимерные HALS с низкой степенью миграции на поверхность.

Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено:

на фигуре 1 - общий вид модуля геоячейки в сложенном состоянии;

на фигуре 2 - общий вид модуля геоячейки в рабочем состоянии;

на фигуре 3 - модуль геоячейки с перфорацией

Геоячейка представляет собой складывающийся модуль, который в сложенном (транспортном) положении имеет вид пакета прямоугольной формы (фиг.1), а в растянутом (рабочем) состоянии представляет собой объемную сотовую конструкцию из полимерных полос, соединенных между собой линейными швами по длине пластин при помощи ультразвуковой сварки, при этом швы расположены в шахматном порядке перпендикулярно к основанию геоячейки (фиг.2). Растянутое состояние геоячейки также характеризуется равенством размеров диагоналей ячеек во взаимно перпендикулярных направлениях(a=b).

Полосы геоячейки изготавливают из полимерных листов, полученных методом экструзии. Состав полимерных листов, в частности, содержит, масс.%:

- полиэтилен низкого давления - 76-90%

- технический углерод - 2-4%

- карбонат кальция специального помола - 10-25%

- УФ-стабилизатора - 2-4%

1. Модуль геоячейки, выполненный в виде сотовой конструкции из полимерных полос с рельефной поверхностью в виде ромбовидных углублений, скрепленных между собой сварными высокопрочными швами в шахматном порядке при помощи ультразвука, полосы изготовлены из состава, содержащего полиэтилен низкого давления и углерод, отличающийся тем, что состав дополнительно содержит карбонат кальция и УФ-стабилизатор.

2. Модуль геоячейки по п.1, отличающийся тем, что соотношение компонентов выбрано следующим, мас.%:

3. Модуль геоячейки по п.1, отличающийся тем, что ширина модуля составляет 2,97-4,3 м, а длина - от 4,5 м до 15 м.

4. Модуль геоячейки по п.2, отличающийся тем, что в качестве УФ-стабилизаторов применяют полимерные HALS с низкой степенью миграции на поверхность.

5. Модуль геоячейки по п.1, отличающийся тем, что ромбовидные углубления характеризуются следующими параметрами: диагональ ромбовидного углубления, расположенная поперек полосы геоячейки, равна 2 мм, диагональ, расположенная вдоль полосы, - 4 мм, толщина грани - 0,6-0,8 мм, глубина - 0,3-0,4 мм.

6. Модуль геоячейки по п.5, отличающийся тем, что плотность расположения ромбовидных углублений составляет 22-31 на 1 см ².

7. Модуль геоячейки по п.1, отличающийся тем, что полосы выполнены перфорированными.