КОМПЛЕКС ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АВТОДОРОГИ НА СВАЯХ
COMPLEX FOR CONSTRUCTION OF MOTOR ROAD ON PILES

Изобретение относится к строительству, в частности конструкции автомобильных дорог и технологии их сооружения.
Большая территория нашей страны находится в суровых климатических условиях, поэтому срок службы дорожного покрытия уменьшается из-за постоянного перепада температур, дождя и снега. Когда наступает весна, мы всегда сталкиваемся с проблемой бездорожья из-за множества выбоин и повреждений, которые требуют незамедлительного устранения. В этих условиях обычные методы при строительстве автодорог, особенно в условиях слабых пучинистых грунтов и на мерзлотно-талых и заболоченных почвах, весьма трудоемки и требуют больших материальных затрат.
Начальным и основным этапом любого дорожного строительства являются земляные работы. Эти работы включают в себя разработку котлована трассы дороги, перемещение, укладку и уплотнение грунта. Перед началом строительства дороги необходимо соорудить дополнительные площадки для отстоя техники, складирования инертных материалов, обустройства бытового городка. При ведении земляных работ излишки грунта вывозятся на специально отведенные для этих целей карьеры, что является самой затратной и трудоемкой частью дорожного строительства. Вывоз грунта требует устройства временных дорог, которые по окончании строительства подлежат рекультивации, или использования специальной техники, что приводит к большим денежным затратам со стороны заказчика.
Основание автодороги (насыпь) представляет собой в вертикальном разрезе «слоеный пирог» из инертных материалов: песок, песчано-гравийная смесь, щебень. Каждый слой отсыпается по проектным отметкам, разравнивается и уплотняется. Минимальная высота насыпи составляет 3,0 м. И только после этого производится укладка асфальта дозатором и уплотнение его катком.
Наличие слабых грунтов и заболоченных почв вызывает необходимость выемки значительных объемов грунта, его транспортировки в другое место, затем доставки нового, либо подразумевает использование дорогостоящих технологий стабилизации и армирования грунтов, применение противоэрозийной защиты откосов и т.п. Все это ведет к еще большему увеличению трудоемкости работ и как следствие удорожанию строительства.
Кроме того, традиционная технология строительства автомобильных дорог связана также с отрицательным воздействием на окружающий рельеф местности и природную среду в результате существенного нарушения естественного ландшафта, нарушения устойчивого стока грунтовых вод, создания зон подтопления или, наоборот, пересыхания, что нарушает приповерхностный гидрогеологический и экологический режим участка строительства. Экологические потери также увеличиваются в результате оборудования полос отчуждения вдоль дороги, которое связано с выведением из оборота значительных площадей с вырубкой зеленых насаждений и прокладыванием дренажных канав.
Значительно увеличить срок службы дорожного полотна при сокращении затрат на строительство и решить проблемы сохранения окружающей среды можно за счет применения свайной конструкции автодорог.
Известен способ строительства дороги (патент РФ на изобретение №2076165, приоритет от 04.11.1991), включающий введение свай в грунт на всю глубину с размещением на их верхних торцах наголовников и установку опорных элементов. В качестве опорных элементов используют отформованные плиты, которые размещают на поверхности грунта встык друг к другу, с обеспечением контакта их нижних поверхностей с грунтом и опиранием концов смежных плит на общие для них наголовники. При строительстве приподнятой дороги опорные плиты укладывают на сформованные конструктивные элементы, которые опирают на наголовники свай и представляют собой V-образные желоба, которые укладывают по своей продольной оси под прямым углом к продольной центральной линии дороги.
Недостатком известного решения является необходимость предварительного формирования дорожного покрытия, что является затратным и не обеспечивает требуемую точность установки опорных плит. А самое главное, потребуется очень большое количество соответствующего государственным стандартам материала на качественное выполнение насыпи (в США, например, используют бетонные плиты до 1,5 м толщиной, чтобы нейтрализовать силы пучения).
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является известный комплекс для строительства эстакадной дороги (патент на ПМ №85909 приоритет от 15.01.2009), содержащий автономную мобильную платформу для возведения опор с установленным на ней технологическим оборудованием для сооружения и монтажа опор эстакады и перемещающиеся по уложенным на опоры балкам транспортные средства с грузоподъемным оборудованием. Автономная мобильная платформа для возведения опор выполнена с шагающим механизмом ее перемещения по намеченной трассе, а на уложенных на возведенные опоры межопорных балках расположена передвижная установка для производства и монтажа опорных балок, включающая самоходное шасси с собственной системой электроснабжения и приводом перемещения и платформу с выдвижными опорами и механизмом укладки балок на опоры эстакады и оборудованием для формования балок из композиционных материалов.
Недостатками прототипа являются: большой вес платформы, вследствие чего требуется предварительная подсыпка трассы невозвратными инертными материалами, а также трудность расчета осадок опорных балок. Кроме того, шагающие механизмы сложны в изготовлении и капризны в обслуживании.
Предлагаемый комплекс для строительства свайной автодороги позволяет решить задачу полной механизации всех операций и циклов возведения автодороги при снижении трудоемкости работ и затрат на ее возведение, а также с соблюдением требований охраны окружающей среды.
Поставленная задача решена за счет того, что в комплекс для строительства автодорог, содержащий передвижную конструкцию с установленным на нем технологическим оборудованием для сооружения и монтажа опор основания дороги и монтажа межопорных элементов с возможностью перемещения по ним внесены следующие изменения.
Вместо наземных опор в предлагаемом комплексе используются буроопускные анкер-сваи.
Полная механизация строительного процесса осуществляется путем создания передвижной конструкции, состоящей из одной или нескольких самодвижущихся платформ с необходимым технологическим оборудованием и готовыми узлами и конструкциями дороги, с которой осуществляются все производственные циклы возведения автодороги от бурения скважин и монтажа в них буроопускных свай до укладки дорожного основания в виде железобетонных плит, включая укладку ходовых балок с рельсами, по которым осуществляется перемещение самой конструкции по мере продвижения дороги.
Использование свай вместо опор обеспечивает предлагаемой конструкции автодороги два основных преимущества. Первое заключено в независимости качества и долговечности трассы от строения верхнего слоя земной поверхности, включая гидрогеологические, мерзлотные, суффозионные карстовые и др. особенности разреза рыхлых отложений и коренного субстрата.
Вторым достоинством конструкции является высокая пластичность стоимости сооружения в зависимости от сложности инженерно-геологических условий. При прохождении участков со сложными горно-геологическими условиями не приходится многократно увеличивать затраты на отсыпку полотна, тампонаж, удаление слабонесущих грунтов и т.п, а достаточно только увеличить до минимально необходимой глубину несущих свай. В то же время при переходе от слабонесущих потенциально суффозионных к заболоченным или мерзлотным участкам, не требуется изменения конструкции, существенной смены ритма строительства, а только изменение глубины и особенностей проходки и установки свай.
Наибольший экономический эффект и надежность данная конструкция имеет в условиях устройства автодороги в мерзлотно-талых, болотных условиях. Сооружение свай в этих условиях гораздо надежней и намного дешевле. Сооружение дороги не влияет на процесс деградации зоны вечной мерзлоты и обеспечивает ее стабильность, как опоры дороги. При необходимости можно заглублять сваи до коренных отложений, обеспечивающих абсолютную устойчивость трассы.
Огромное экологическое значение имеет расположение трассы над поверхностью земли, что не нарушает устойчивого стока грунтовых вод, не создает зон подтопления, подпора и обсыхания локальных участков и в целом не нарушает приповерхностный гидрогеологический и экологический режим участка строительства. Специфика конструкции не требует создания традиционной системы отвода вод, дренажа, гидроизоляции, что практически всегда ведет к существенному нарушению естественного ландшафта и удорожания строительства.
Изобретение поясняется чертежами:
на фиг.1 изображен вид комплекса для строительства автодороги сбоку. Цикл 1 - строительство дороги «под себя»;
на фиг.2 - то же. Цикл 2 - производство буроопускных свай основного поля и укладка железобетонных плит дорожного полотна.
Сущность изобретения.
Комплекс для строительства свайной автодороги содержит ряд автономных самодвижущихся платформ, оборудованных каждая под свой производственный цикл.
Платформа №1 служит для осуществления первого цикла строительства - возведения анкер-свай по бокам проектной трассы автодороги и монтажа на них ходовых балок с железнодорожными рельсами для передвижения платформ №1, №2 и №3.
Для возведения свай платформа №1 оснащается двумя буровыми установками 1, смонтированными на выдвижной раме с выносными опорами на грунт (аутригерами). После установки анкер-свай 2 осуществляется временный монтаж ходовых балок 3 с рельсами с помощью подъемных кранов.
Платформа №2 служит для осуществления второго цикла строительства - возведение промежуточных анкер-свай 4 с последующей укладкой на них дорожного основания в виде сборных дорожных железобетонных плит 5.
Платформа №2 оснащена одним буровым станком 6, который смонтирован на передвижной раме с клиновым стопором у кондуктора платформы, по координатам будущей сваи, и служащим для изготовления свай по всем требованиям нормативных документов.
После установки анкер-свай подъемными кранами и комплектом специального оборудования осуществляется установка закладных на оголовки свай, монтаж 6 ригелей на закладные (соединение резьбовое) и последующая укладка и крепление железобетонных дорожных плит 5.
В сложных инженерно-геологических условиях, когда не удается поддерживать требуемую скорость изготовления автодороги, платформа № 2 используется для бурения и установки анкер-свай 4, а для монтажа закладных на оголовки свай и укладки железобетонных дорожных плит 5 предусматривается использование отдельной платформы №3.
Возможен вариант исполнения, когда комплекс для строительства свайной автодороги размещен на одной автономной самодвижущейся платформе, служащей для выполнения всего производственного цикла от установки свай, монтажа ходовых балок, по которым перемещается платформа, до укладки на сваи дорожного основания в виде сборных железобетонных плит.
Если временные ходовые балки 3 и рельсы в дальнейшем не участвуют в эксплуатации автомагистрали, то они демонтируются непосредственно перед укладкой железобетонных плит с платформы №2 (или №3) с помощью подъемного крана.
В качестве основания дороги (сборных железобетонных плит) могут использоваться так называемые ПАГи (плита аэродромная гладкая) размера 6,0×3,0 м, разработанные специально для того, чтобы выдерживать огромные нагрузки на аэродромах и прекрасно подходящие для обустройства дорожного полотна высшей категории длительного пользования.
На заключительном этапе строительства, после выстаивания свай и релаксации несущего грунта, проверяются отметки полотна дороги и осуществляется укладка асфальта дозатором. Уплотнение асфальта производится катком любой ширины и давлением по ТУ, используя гидроцилиндры или уплотнение виброплощадкой.
В качестве свай используются буроопускные анкерные сваи - готовые железобетонные сваи со стальным анкером, погружаемые под действием собственной силы тяжести в предварительно пробуренные скважины в обсадную трубу. Буроопускные пустотелые сваи проектного диаметра изготавливают на заводе и доставляют на строительную площадку автотранспортом.
Монтаж буроопускных свай в скважину осуществляется автокраном. В слабых грунтах осуществляется противопучинная подготовка. Зазор между сваей и стенкой скважины заполняется ниже расчетной границы сезонного промерзания цементно-песчаным раствором, выше - песчаным заполнителем. После этого осуществляется демонтаж обсадных труб.
Подобная «конвейерная» технология путем высокой степени унификации узлов и конструкций дороги позволяет существенно сократить сроки и затраты на строительство свайной автодороги. Весь комплекс операций по укладке дорожного основания, предшествующий производству асфальтных работ, осуществляется со скоростью 0,5-2,0 м/ч.
Предложенная конструкция комплекса для строительства свайных автодорог существенно эффективнее известных технологий, применяемых при строительстве, а самое главное, поперечное сечение дороги можно конструировать любое в зависимости от назначения (коробчатое - для прокладки коммуникаций; двухэтажное - для разделения потоков движения (например, 1-й этаж - для машин до 3 т, 2-й этаж - для тяжелых грузовиков) или устройства велосипедных и мопедных дорожек для летней эксплуатации.