TEXTILE SYNTHETIC SHEETS AND THEIR IMPACT ON THE LOAD BEARING CAPACITY OF CONCRETE-FILLED TEXTILE FLOOR-MATS

Full Text

Берегозащитные конструкции - гидротехнические сооружения для защиты берегов от размыва и обрушения. В той или иной степени негативное влияние на состояние берегов могут оказывать самые различные факторы, в числе которых -течения, волнения на водной поверхности, ливневые потоки или грунтовые воды, воздействие льда [1-3]. С целью предотвращения эрозионных процессов, размыва берега и исключения возможности его обрушения применяется комплекс инженерно-технических решений с использованием, как правило, традиционных конструкций из камня, бетона или металла [4]. Основными признаками, по которым могут быть классифици рованы берегоукрепительные конструкции, являются: • расположение на различных участках внутренних водных путей; • применение в сооружениях различного назначения (экс плуатационный признак); • расположение относительно уреза воды и способы произ водства работ; • типы конструкций, виды строительных материалов (конст руктивный признак). По конструктивному признаку берегоукрепительные сооруже ния подразделяются на набросные, плитные, крепления с приме нением вертикальных стенок, тюфячные и т. п. (рис. 1). Известно большое количество технических решений по креплению подтопляемых откосов, обеспечивающих его защиту от разрушения. Среди конструктивных решений широкое распространение в последнее время получили железобетонные плиты, габионные матрацы, универсальные гибкие защитные бетонные маты и бетононаполняемые текстильные маты (БНТМ). Широкое распространение на территории Самарской области за последние 10 лет получили крепления грунтовых откосов БНТМ (рис. 2). БНТМ представляют собой композитный материал [5-8], состоящий из двух соединенных между собой высокопрочных тканых синтетических полотен, соединенных, в свою очередь, гибкими связями - Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 3 58 а б в г Рис. 1. Технические решения креплений береговых подтопляемых откосов: а - каменное крепление; б - крепление железобетонными плитами; в - крепление универсальными гибкими защитными бетонными матами; г - крепление бетононаполняемыми текстильными матами распорками, пространство между которыми на строительной площадке заполняется самоуплотняющейся бетонной смесью (рис. 3). Размеры блоков не превышают 1,5 х 1,5 м. Гибкие вертикальные связи из тканых лент шириной 5 мм размещены между верхним и нижним полотнами и обеспечивают требуемую форму блока в виде «подушки» за счет предотвращения неконтролируемого расширения при подаче бетонной смеси в блок. Перемычки выполняют роль тросов, они связывают между собой блоки и предотвращают их смещение относительно друг друга. Конструкция перемычек аналогична блокам. Они размещены по периметру каждого блока и выполнены со значительно меньшими размерами по ширине и толщине по сравнению с размерами блока. Фильтрующие элементы размещены в перемычках в угловых зонах блоков и обеспечивают снятие фильтрационного давления. Возможность вариации составов бетонной смеси и длины распорок позволяет придать бетононаполняемым текстильным матам необходимую прочность и геометрические размеры, способные препятствовать разрушению конструкции от внешних воздействий. Сочетание синтетической высокопрочной опалубки и высококачественного бетонного заполнителя является отличительной чертой БНТМ. С 1960-х гг. БНТМ успешно используется в качестве противоэрозионной защиты и укрепления грунтовых поверхностей берегов водотоков и водоемов, откосов искусственных сооружений в основном в странах с теплым и умеренным климатом. Бетонные плиты являются аналогом БНТМ, и используемые для них методики расчета прочности не учитывают влияние текстильных синтетических полотен на несущую способность конструкции. ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО 59 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 3 А.А. Михасек, М.В. Родионов, М.Г. Литвинова а б Рис. 2. Примеры использования бетононаполняемых текстильных матов в Самарской области: а - Михайло-Овсянский гидроузел; б - мостовой переход «Кировский» Рис. 3. Бетононаполняемые текстильные маты: а - на площадке; б - тканое полотно с распорками; в - гибкие связи между полотнами а б в Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 3 60 ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО В связи с этим было принято решение о проведении исследований по оценке влияния тканых полотен в лабораторных условиях [9-13]. Лабораторные исследования по оценке влияния тканых полотен БНТМ типа Incomat® Flex проводились в лаборатории кафедры строительных конструкций Самарского государственного архитектурно-строительного университета, где использовалось следующее оборудование: силовой пол, гидравлический домкрат ДГ25, насосная станция, измеритель прочности бетона ПОС 50 МГ-4. Текстильные синтетические полотна имели следующие характеристики: прочность не менее 45 кН/м; удлинение при разрыве не более 20 %; вес примерно 200 г/м2. В основу лабораторного исследования авторами положено изучение свойств бетонных плит как балки на упругом основании и влияния наличия синтетической ткани на прочностные показатели. Для проведения исследований в условиях, максимально приближенных к натурным, потребовалось усовершенствовать силовой пол, в связи с этим была предусмотрена отсыпка песка толщиной 0,8 м на площадке силового пола размерами 3×3 м. В целях ограничения расползания песчаной призмы необходимо было выполнить устройство деревянной опалубки по контуру. Размеры были приняты исходя из плановых размеров «подушки» БНТМ (1,2×1,2 м), габаритов силового пола и траверсы. Схема лабораторной установки приведена на рис. 4. Количество изготовленных для исследования матов и бетонных плит показано в табл. 1. Бетонная плита без текстильных синтетических полотен заливалась из того же бетона, что и для БНТМ, в специально изготовленной опалубке. Перед началом опытов «подушки» БНТМ дополнительно обрабатывались путем отрезки элементов швов при помощи шлифмашины от тела «подушки» и приведения ее к стандартным размерам. В результате оголения боковых поверхностей БНТМ было установлено, что трещины в бетоне до начала исследования отсутствуют. Рис. 4. Принципиальная схема лабораторной установки: 1 - площадка силового пола; 2 - песок; 3 - элементы подвески траверсы; 4 - траверса; 5 - гидравлический домкрат; 6 - шланг к насосу; 7 - насос; 8 - измеритель нагрузки; 9 - распределительная балка; 10 - образец; 11 - деревянная опалубка; 12 - элементы углового крепления Таблица 1 Количество исследуемых показателей Исследуемый материал Длина, м Ширина, м Толщина, м Количество, шт. Бетонная плита 1,2 0,6 0,1 3 Подушка БНТМ Incomat® Flex 20.108 1,2 0,6 0,1 3 Подушка БНТМ Incomat® Flex 20.108 с удаленной верхней тканью 1,2 0,6 0,1 3 Подушка БНТМ Incomat® Flex 20.118 1,2 1,0 0,2 3 Таблица 2 Результаты лабораторных исследований Исследуемый материал Величина нагрузки при разрушении, кН, по повторениям Удельная величина, кН/м 1 2 3 Бетонная плита (1,3х0,6х0,12 м) 50 45 55 83,5 Подушка БНТМ Incomat® Flex 20.108 (1,0х0,6х0,12 м) 100 80 115 164,1 Подушка БНТМ Incomat® Flex 20.108 с удаленной верхней тканью (1,0х0,6х0,12 м) 62.5 67.5 65.5 108,9 Подушка БНТМ Incomat® Flex 20.118 (1,2х1,0х0,2 м) 235 197.5 237.5 223,3 Задачами лабораторного исследования являлись: • определение прочностных показателей БНТМ и их отличия от бетонных плит аналогичного размера путем сравнительного испытания подушек БНТМ Incomat® и бетонных плит; • подтверждение характера зависимости толщины мата от нагрузки путем испытания двух типов БНТМ Incomat® Flex 20.108 и Incomat® Flex 20.118. Результаты лабораторных исследований представлены в табл. 2. 61 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 3 А.А. Михасек, М.В. Родионов, М.Г. Литвинова а б в г Рис. 5. Фото испытаний: а - бетонная плита (1,3х0,6х0,12 м); б - подушка БНТМ Incomat® Flex 20.108 (1,0х0,6х0,12 м); в - подушка БНТМ Incomat® Flex 20.108 с удаленной верхней тканью (1,0х0,6х0,12 м); г - подушка БНТМ Incomat® Flex 20.118 (1,2х1,0х0,2 м) Выводы. 1. Приведены результаты лабораторного исследования влияния текстильных синтетических полотен на несущую способность бетононаполняемых текстильных матов. Установлено, что наличие двух полотен может повышать несущую способность на 47 %. 2. Приведена зависимость для определения толщины мата из условия требуемой его прочности. 3. Сделан вывод, что при увеличении толщины мата влияние синтетической ткани на несущую способность матов снижается. Так, для матов толщиной 10 см при уменьшении числа полотен до одного несущая способность уменьшается на 23 %. В результате аппроксимации полученных данных лабораторного исследования, для определения толщины мата h из условия его прочности авторами рекомендуется уравнение вида: где А - коэффициент, зависящий от класса бетона и размеров подушки; для подушек с размерами 1,00×1,00 м и бетона классов от В20 до В40 коэффициент А изменяется в пределах от 0,0151 до 0,0121 соответственно; N - предельно допустимая нагрузка, кН. Лабораторные исследования БНТМ при различных условиях сохранения текстильных синтетических полотен показали определенное их влияние на несущую способность матов. Так, несущая способность мата толщиной 10 см с удаленным верхним полотном превышает на 24 % несущую способность неармированного блока аналогичных размеров из того же бетона, а при сохранении обоих полотен - на 47 %. Также установлено, что при увеличении толщины мата влияние синтетической ткани на несущую способность матов снижается. , 1,41 A N 0.55 h

About the authors

Andrey A. MIKHASEK

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Maxim V. RODIONOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Margarita G. LITVINOVA

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files