UA154087U - Каркас габіона - Google Patents

Abstract

Каркас габіона містить сипучий кам'яний матеріал, який за своїми фізико-механічними властивостями придатний для виконання, при якому зводять габіонні конструкції для здійснення підпірно-утримуючих функцій та для зведення військових фортифікаційних споруд, індустріально виготовлений у вигляді жорсткого просторового сталевого каркаса з жорстким кріпленням до його поверхонь сталевої сітки та містить три бокові, дві торцеві площинні стінки і дві суміжні бокові площинні стінки, що утворюють між собою кут ,, що більше кута природного укосу сипучого кам'яного матеріалу, яким заповнюють каркас габіона, але не більше 90°. А два інші кути утвореного поперечного перерізу, що має форму різностороннього трикутника, не менше значення кута природного укосу сипучого кам'яного матеріалу, яким заповнюють каркас габіона. При цьому мінімум одна торцева одноплощинна стінка нахилена до осі однієї із бокових площинних стінок під кутом м, що більше кута природного укосу сипучого кам'яного матеріалу, яким заповнюють каркас габіона. А протилежна їй торцева одноплощинна стінка відхилена від осі під кутом 180°-- та торцеві площинні стінки виконані двоплощинними з утворенням "пазів" (заглибин) і "гребенів" (виступів) з забезпеченням умови нахилу суміжних між собою стінок під кутом, що більший, ніж кут природного укосу сипучого кам'яного матеріалу, яким заповнюють каркас габіона.

Description

Корисна модель належить до області будівництва та може бути використана при зведенні основ автомобільних доріг, підпірних стін та фортифікаційних споруд для військових цілей.

Виготовлення та використання габіонів у габіонних конструкціях регламентує ГБН В.2.3- 37641918-558:2016 "Автомобільні дороги. Габіонні конструкції. Проектування та будівництво", але в практиці будівельної галузі їх використовують значно ширше. Відповідно до вказаного нормативного документа габіони виготовляють циліндричної, призматичної та матрацної форми, де два перших із зазначених мають незначну жорсткість, так як більшість з них мають висоту до 1,5-2 м при поперечному перерізі в середньому 0,5-1 м та встановлюють їх вертикально (БК Геобудсервіс пИрз:/юкК-деобиа. Видргоїї перз//риа.ца/ги/г42-їмапо-тапком5к тощо).

Для забезпечення просторової жорсткості габіонних конструкцій окремі габіони з'єднують між собою у вертикальній площині різноманітними способами, які не є жорсткими (рухомими).

Так як габіонні конструкції за своєю суттю є підпірними стінами гравітаційної дії, то для забезпечення їх стійкості проти перекидання та зсуву, їх необхідно виготовляти із забезпеченням значної масивності. Тому окремі габіони для забезпечення стійкості проти перекидання та зсуву рекомендовано встановлювати на спеціальні анкери, що заглиблені в грунт (патент РФ Мо КИ14270841, опублікований 27.06.2014 р.), забивні палі (патент РФ Мо

ВИ18198941, опублікований 31.07.2008 р.), використовувати горизонтальні анкерні елементи тощо.

У кам'яних бутобетонних трапецієподібної форми поперечного перерізу та кутикових залізобетонних підпірних стінах нижню площину (підошва) зводять нахиленою під кутом до напрямку дії зсувного зусилля від горизонтального тиску грунту, що підкріплюють, і це забезпечує певну стійкість як проти зсуву, так і проти перекидання (Банков В.Н., Сигалов 9.Е. "Железобетоннье конструкции. Общий курс. М, Стройиздат 1977, страница 7717").

Цей принцип використаний у патенті Китаю СМ109056784В, опублікованому 08.12.2020, де пропонують дно котловану під габіонну конструкцію (фактично фундамент) зводити з ухилом 2- 5 95. Тоді укісна сторона підпірної стінки матиме кут нахилу відносно горизонтальної поверхні грунту, що підкріплюють, фактично 857-887. При цьому з'єднання окремих габіонів між собою шарнірне (рухоме).

Зо Загальним недоліком описаних вище габіонних конструкцій є те, що при розміщенні окремих габіонів як у один ярус, так і в декілька ярусів за висотою, кожен із них контактує із суміжними в одному ярусі габіоснами у вертикальній площині фактично лише за рахунок з'єднувальних деталей чи елементів, за незначного тертя бічних поверхонь між собою.

Найбільшу жорсткість у горизонтальній та вертикальній площинах має габіонна конструкція, яку зводять з габіонів з використанням каркасів за патентом України Мо 149021, опублікованому 13.10.2021 року, де кожен окремий габіон контактує з двома суміжними поздовжніми площинними стінками, причому кожен другий (Фіг. З в описі до патенту) збільшує тертя за рахунок частини власної ваги.

Недоліком такого конструктивного рішення є те, що за необхідності укладання окремих габіонів у габіонну конструкцію виникає необхідність збільшення її просторової жорсткості за рахунок підвищення як сили тертя окремих габіонів між собою, так і сил тертя окремих габіонів з грунтом, що підкріплюють, без залучення додаткових пристроїв чи елементів. У цьому випадку габіонну конструкцію доцільно зводити за принципом цегляної кладки: перший ярус - нормально (перпендикулярно) до грунту, що підкріплюють, наступний - паралельно. Тому для забезпечення кута нахилу укісної стінки габіонної конструкції, наприклад, у 707-807, у габіонах першого ярусу торцеві площинні стінки повинні бути нахилені під кутом 707-807 до горизонтально розміщеної бокової площинної стінки. У цьому випадку нахилена під кутом у 707- 80" торцева площинна стінка, що протилежна укісній торцевій площинній стінці, сприймає додатковий вертикальний тиск грунту, що підкріплюють, та збільшує опір габіонної конструкції на зсув та перекидання.

Габіони другого ярусу габіонної конструкції розміщують (укладають) у поздовжньому (протилежному) напрямі відносно габіонів першого ярусу (паралельно грунту, що підкріплюють), контактують між собою і габіонами першого ярусу тертям суміжних бокових і торцевих площинних стінок. Якщо торцева площинна стінка габіонів першого ярусу зі сторони укосу габіонної конструкції нахилена, наприклад, під кутом 7027-80", то і одна із трьох поздовжніх площинних стінок габіонів другого ярусу повинна бути нахилена до суміжної горизонтально розміщеної бокової площинної стінки також під кутом 707-807. У цьому випадку поперечний переріз габіонів другого ярусу має форму різностороннього трикутника, хоч габіони першого ярусу можуть мати у поперечному перерізі форму рівностороннього трикутника. При цьому для бо збільшення зусиль тертя між габіонами другого ярусу необхідно виготовляти на одному кінці довжини окремого габіона торцеву площинну стінку відхиленою від горизонтальної бокової площинної стінки на кут 1809-х; (де єх«90"), а протилежну торцеву площинну стінку нахиленою до горизонтальної поздовжньої площинної стінки під кутом «907.

Для збільшення опору на зсув та перекидання основ автомобільних доріг доцільно використовувати габіони, в яких дві суміжні бокові площинні стінки (одна з яких укладена безпосередньо на грунт) розміщені під кутом 907 (фактично катети різностороннього прямокутного трикутника поперечного перерізу габіона) між собою, а третя бокова площинна стінка нахилена під кутом до грунту основи (гіпотенуза прямокутного трикутника поперечного перерізу габіона). Чим більше довжина гіпотенузи утвореного трикутника (а це фактично ширина однієї бокової стінки габіона), тим більше вантажна площа тиску матеріалу основи автомобільної дороги і, відповідно, збільшується опір габіонної конструкції на зсув та перекидання.

Максимальне значення опору зсуву габіонної конструкції за рахунок тертя та зчеплення можна отримати виготовленням каркаса габіона, в якому дві суміжні бокові площинні стінки утворюють між собою кут у 90", а торцеві площинні стінки виготовлені двоплощинними, причому одна торцева площинна стінка мас вигляд "гребеня" (виступу), а протилежна торцева двоплощинна стінка у вигляді "паза" (впадини) і розташовані співвісно.

В основу корисної моделі поставлена задача розробити конструктивне рішення для типізації та уніфікації каркаса габіона, що забезпечує необхідні до конкретних умов використання кути нахилу як бокових, так і торцевих площинних стінок з розширенням кількості їх типорозмірів та забезпеченням максимального значення опору на зсув та перекидання від вертикального тиску грунту.

Поставлена задача вирішується тим, що каркас габіона містить сипучий кам'яний матеріал, який за своїми фізико-механічними властивостями придатний для виконання, при якому зводять габіонні конструкції для здійснення підпірно-утримуючих функцій та для зведення військових фортифікаційних споруд, індустріально виготовлений у вигляді жорсткого просторового сталевого каркаса з жорстким кріпленням до його поверхонь сталевої сітки та містить три бокові, дві торцеві площинні стінки і дві суміжні бокові площинні стінки, що утворюють між собою кут со, що більше кута природного укосу сипучого кам'яного матеріалу, яким заповнюють каркас

Зо габіона, але не більше 90", а два інші кути утвореного поперечного перерізу, що має форму різностороннього трикутника, не менше значення кута природного укосу сипучого кам'яного матеріалу, яким заповнюють каркас габіона, при цьому мінімум одна торцева одноплощинна стінка нахилена до осі однієї із бокових площинних стінок під кутом с, що більше кута природного укосу сипучого кам'яного матеріалу, яким заповнюють каркас габіона, а протилежна їй торцева одноплощинна стінка відхилена від осі під кутом 1807-о; та торцеві площинні стінки виконані двоплощинними з утворенням "пазів " (впадин) і "гребенів " (виступів) з забезпеченням умови нахилу суміжних між собою стінок під кутом, що більший, ніж кут природного укосу сипучого кам'яного матеріалу, яким заповнюють каркас габіона.

По-перше, габіони слід розподіляти за конкретним призначенням і здійснювати їх розрахунок та конструювання з урахуванням вантажно-розвантажувальних (монтажних) робіт.

Наприклад, для підсилення основ автомобільних доріг проти зсуву та перекидання габіони вкладають горизонтально, частіше всього у один ярус уздовж насипу матеріалів основи у місцях улаштування узбіч, і вони контактують між собою тільки торцевими площинними стінками. При цьому поперечний переріз усіх габіонів габіонної конструкції має форму прямокутного різностороннього трикутника, діагональ якого спрямована до насипу основи автомобільної дороги. У цьому випадку вертикальну сторону трикутника поперечного перерізу (фактично сторона однієї бокової площинної стінки) габіона призначають залежно від висоти насипу матеріалу основи автомобільної дороги, а довжину діагоналі трикутника поперечного перерізу (суміжна бокова площинна стінка) призначають із умови, що кут нахилу діагоналі різностороннього трикутника поперечного перерізу до горизонтально орієнтованого катета прямокутного трикутника (фактично до суміжної горизонтальної бокової площинної стінки) повинен перевищувати кут природного укосу сипучого кам'яного матеріалу, яким заповнюють каркас габіона. Торцеві площинні стінки доцільно виготовляти двоплощинними з утворенням "паза" та "гребеня". Таке конструктивне рішення технічно більш складне порівняно з тим, коли торцеві площинні стінки нахилені (відхилені) до горизонтально розміщеної бокової площинної стінки, але тільки таке рішення повністю відповідає вимогам при зведенні укісних стінок багатоярусних підпірних стін для закріплення потенційно слабких грунтів від зсуву.

Таким чином, зважаючи на необхідність збільшення опору на зсув та перекидання як габіонів, так і габіонних конструкцій, а також для типізації та уніфікації конструктивного рішення бо каркасів габіонів слід урахувати наступне.

При використанні габіонів для підсилення основ автомобільних доріг і фортифікаційних споруд проти зсуву та перекидання при їх укладанні в один ярус найбільш доцільним конструктивним рішенням каркаса габіона є таке, коли дві суміжні бокові площинні стінки утворюють між собою прямий кут і в поперечному перерізі утворюють прямокутний різносторонній трикутник, у якому найменший кут повинен мати значення с, що більше кута природного укосу сипучого кам'яного матеріалу, яким заповнюють каркас габіона. При цьому торцеві площинні стінки необхідно виготовляти двоплощинними у вигляді "паза" та "гребеня".

При зведенні підпірних стінок та укладанні габіонів у декілька ярусів за висотою і шириною слід використовувати принцип цегляної кладки та у всі торцеві ряди слід вкладати габіони, каркаси яких мають форму прямокутного різностороннього трикутника з двома торцевими одноплощинними стінками з кутом нахилу 7077-80" (як приклад). Каркаси габіонів, які укладають уздовж укісної частини грунту, що підкріплюють, у поперечному перерізі мають форму різностороннього трикутника, в якому дві суміжні бокові площинні стінки утворюють між собою кут 707-807 (як приклад), найменший кут має значення с, що більше кута природного укосу сипучого кам'яного матеріалу, яким заповнюють каркас габіона. Торцеві стінки таких каркасів повинні бути двоплощинними з утворенням "пазів" та "гребенів", при конструюванні яких потрібно забезпечувати умову, коли кут двох суміжних площинних поверхонь (незалежно це "паз" чи "гребінь") повинен перевищувати значення кута природного укосу.

У всіх випадках виконання умови со кута природного укосу необхідне для того, щоб сипучий кам'яний матеріал під час його віброущільнення повністю заповнював внутрішній об'єм каркаса без утворення пустот.

Суть корисної моделі пояснюють креслення.

На фіг. 1 схематично зображено (вигляд з боку), як приклад, "стартовий" каркас габіона 1 (укладають першим, як приклад, при укріпленні основ автомобільних доріг), в якому торцеві площинні стінками 2 виконані одноплощинними з нахилом одна до одної під кутом ос» кута природного укосу, а каркаси "рядових" габіонів З виготовлені з нахилом у одному напрямі торцевих площинних стінок 4 під кутом 180"7-о; та торцевих одноплощинних стінок 5 під кутом с» кута природного укосу.

На фіг. 2 (вигляд зверху) зображений (як приклад) каркас "стартового" габіона 6 з торцевими двоплощинними стінками 7 у вигляді симетрично орієнтованих один до одного "пазів" (впадин) та "рядові" каркаси 8, які відрізняються від "стартового" каркаса 7 тим, що у них одна торцева двоплощинна стінка 9 виготовлена у вигляді "гребеня", а протилежна торцева двоплощинна стінка 10 - у вигляді "паза".

На фіг. З показана умовна схема розміщення однотипних каркасів габіонів у підпірній стінці для в) Р зсуву та перекидання висотою Н, яка містить чотири яруси габіонів, де та яруси - це габіони різної довжини, у яких в поперечному перерізі бокові площинні стінки утворюють різносторонній трикутник, а торцеві одноплощинні стінки нахилені у напрямі одна до одної відносно бокової площинної стінки під кутом 80" (для прикладу). ( (з

Яруси габіонів та (о укладені перпендикулярно до габіонів ОО та ярусів і, відповідно, паралельно укісній стороні підпірної стінки. У них дві бокові площинні стінки (а і в) виготовлені під кутом 807 одна до одної (для прикладу). Відповідно кути між поздовжніми площинними стінками (в і с) - 557, а (с ї а) - 45", Значення кута в 457" повинно перевищувати значення кута природного укосу сипучого кам'яного матеріалу, яким заповнюють каркас габіона.

Торцеві площинні стінки можуть бути виготовленими як одноплощинними (Фіг. 1), так і двоплощинними (Фіг. 2) залежно від висоти стінки Н і, відповідно, горизонтального тиску Кг", та властивостей грунту, що підкріплюють.

На фіг З виділено трикутник АВ'Є - це приклад, коли підпірна стінка зведена з використанням габіонів, які у поперечному перерізі мають форму рівностороннього трикутника з кутами між боковими площинними стінками в 60". Штруховими стрілочками позначено вертикальний тиск грунту насипу та його рівнодіюча сила 8. В "умовному" трикутнику АВС стрілочками зображено вертикальний тиск грунту насипу на габіонну конструкцію з рівнодіючою силою "8. Укісна стінка нахилена до горизонтальної поверхні під кутом 60" (трикутник АВ'С) і під кутом 80" - "умовний" трикутник АВС.

На основі проєктно-конструкторських рішень для конкретної габіонної конструкції на спеціалізованому підприємстві виготовляють каркаси габіонів з різноманітними торцевими та поздовжніми площинними стінками. Після виконання зварювальних робіт усі стрижні, що утворюють каркас, знежирюють і обробляють засобами проти корозії. Потім до поздовжніх та торцевих площинних стінок із внутрішньої сторони кріплять сітки їз оцинкованого дроту, а за необхідності, - додаткові сітки із геосинтетичного матеріалу.

Готові каркаси розміщують на спеціальному стенді та механізовано заповнюють сипучим кам'яним матеріалом, який піддають сумісно з каркасом вібраційному впливу, жорстко закріплюють поздовжню площинну стінку, через яку каркас заповнюють сипучим кам'яним матеріалом. З використанням вантажно-піднімального пристрою готовий габіон подають на склад, звідки їх завантажують на транспортний засіб та доставляють на місце зведення габіонної конструкції і виконують монтаж габіонної конструкції з коліс на наперед підготовлену земляну поверхню (фундамент) відповідно до проєктного рішення.

Чим більший кут нахилу бокових і торцевих одноплощинних стінок та їхніх геометричних розмірів торцевих двоплощинних стінок у вигляді "пазів" та "гребенів", тим більше зусилля тертя між суміжними габіонами, відповідно, збільшується просторова жорсткість габіонної конструкції, що призводить до підвищення опору її на зсув та перекидання. Наприклад, при зведенні габіонної конструкції для підсилення основ автомобільних доріг (у самому простому варіанті) з використанням габіонів з поперечним перерізом у вигляді рівностороннього трикутника (фіг. 3, трикутник АВ'С) висота одного габіона становить приблизно 60 см, а ширина поздовжніх площинних стінок - приблизно 70 см. Площа поверхні торцевих площинних стінок при їх вертикальному положенні відносно бокових площинних стінок 0,21 м, а при їх нахилі під кутом у 60" площа поверхні зростає до 0,28 м". Із збільшенням площ поверхонь відповідно збільшується і площа тертя, у даному прикладі приблизно на 33 95. При використанні габіонів з поперечним перерізом у вигляді різностороннього трикутника і торцевими одноплощинними стінками, нахиленими відповідно під кутом у 80", площа поверхні тертя зростає з 0,28 до 0,37 ме, що становить майже 32 95. У разі виготовлення бокових площинних стінок різної ширини а, в, с (фіг. 3) крім збільшення площ тертя між суміжними площинними стінками, збільшується загальна площа габіонної конструкції, що контактує з грунтом, який підкріплюють.

При незмінному значенні висоти габіонної конструкції Н незмінним є і значення рівнодіюцої горизонтального тиску Кг, а абсолютне значення рівнодіючої вертикального тиску грунту "8 перевищує абсолютне значення вертикального тиску Вв. так як збільшується довжина лінії

Зо контакту (тертя) поверхні габіонної конструкції з грунтом. Відповідно збільшується і опір габіонної конструкції на зсув у площині АС (фіг. 3) та перекидання відносно точки А (фіг. 3).

При зведенні габіонних конструкцій з використанням вказаних типорозмірів, окрім підвищення їх стійкості на зсув та перекидання, за рахунок механізації робіт з виготовлення габіонів, їх транспортування та монтажу знижується загальна трудомісткість, собівартість та терміни виробництва. Типізація та уніфікація геометричних розмірів каркасів габіонів дає можливість зводити габіонні конструкції не тільки лінійними в плані, а і у вигляді кривих ломаних ліній, що дозволить закріплювати береги заплав річок у гірській місцевості.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

   Каркас габіона, що містить сипучий кам'яний матеріал, який за своїми фізико-механічними властивостями придатний для виконання, при якому зводять габіонні конструкції для здійснення підпірно-утримуючих функцій та для зведення військових фортифікаційних споруд, індустріально виготовлений у вигляді жорсткого просторового сталевого каркаса з жорстким кріпленням до його поверхонь сталевої сітки та містить три бокові, дві торцеві площинні стінки і дві суміжні бокові площинні стінки, що утворюють між собою кут с, що більше кута природного укосу сипучого кам'яного матеріалу, яким заповнюють каркас габіона, але не більше 90", а два інші кути утвореного поперечного перерізу, що має форму різностороннього трикутника, не менше значення кута природного укосу сипучого кам'яного матеріалу, яким заповнюють каркас габіона, при цьому мінімум одна торцева одноплощинна стінка нахилена до осі однієї із бокових площинних стінок під кутом с, що більше кута природного укосу сипучого кам'яного матеріалу, яким заповнюють каркас габіона, а протилежна їй торцева одноплощинна стінка відхилена від осі під кутом 180"7-о; та торцеві площинні стінки виконані двоплощинними з утворенням "пазів" (заглибин) і "гребенів" (виступів) з забезпеченням умови нахилу суміжних між собою стінок під кутом, що більший, ніж кут природного укосу сипучого кам'яного матеріалу, яким заповнюють каркас габіона.