СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И КОНСТРУКЦИЯ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ
METHOD TO CONSTRUCT MOTOR ROADS AND MOTOR ROAD DESIGN

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано при устройстве площадок различного назначения, фундаментов и других наземных сооружений.
Известно техническое решение по авторскому свидетельству №1310467, кл. Е01С 3/04, 1983 г., в котором изложен способ возведения оснований дорожной одежды, заключающийся в приготовлении смеси из грунта, цемента, органического связующего, воды, транспортировку и укладку готовой смеси и уплотнение, причем первоначально изготавливают гранулы из грунта и цемента покрывают связующим, укладывают гранулы в основание и уплотняют до начала схватывания цемента.
Однако данный способ трудоемок, не обеспечивает достаточной морозостойкости, и не обеспечивается равномерное распределение связующего материала.
Известно техническое решение по патенту №2422581, кл. Е01С 21/02, в котором участки будущей дороги очищают от корней деревьев, выравнивают с сохранением структуры природного грунта, образовывают арматурное полотно, которое заливают бетоном с крупной щебенкой, прокатывают катком, а по мере схватывания наносят три слоя смеси бетона с различными наполнителями.
Однако данный способ трудоемок и не достаточно устойчив к разрушению, так как недостаточная прочность соединения слоев между собой.
Известно техническое решение по патенту №2153554, кл. Е01С 21/00 1998 г., в котором описана технология строительства оснований дорожных одежд автомобильных дорог, при этом на земляном полотне устраивают уплотненное ложе, затем укладывают на него слой золоминеральной смеси, состоящей из строительного щебня, отсева щебеночного производства, отходов известкового и карбидного производств, золы уноса и отходов производства моющих средств, уплотняют смесь, увлажняют, поливая водой или раствором щелока, а затем производят устройство верхнего конструктивного слоя дорожной одежды заданной толщины. Однако данная технология основана на местных отходах, поэтому не находит широкого применения.
Наиболее близким техническим решением является изобретение по патенту №2040626, кл. Е01С 9/00, «Способ строительства автодорог», включающий выполнение искусственных сооружений канав и водоотводных устройств, подготовку земляного полотна, выполнение подстилающего слоя из песка, укладывают суглинок, после чего производят полив водой и укатку, затем укладывают дорожную одежду. При ливневых дождях и укатывании происходит проникновение одного слоя в другой с образованием связной скелетной структуры.
Однако данный способ строительства дороги и сама конструкция трехслойной дороги является неустойчивой к ливневым дождям при ее эксплуатации, так как образуются колеи и сползание покрытия в сторону дороги. Кроме того, при отсутствии на значительном расстоянии исходного материала от строящейся дороги удорожает ее строительство.
Целью настоящего изобретения является повышение прочности всех слоев дорожного полотна за счет стабилизации несущей способности автомобильных дорог, снижение себестоимости как при строительстве, так и при их эксплуатации, что приведет к увеличению срока службы автомобильных дорог. Кроме того, целью является создание такой конструкции автомобильных дорог, которая обеспечивала высокие эксплуатационные свойства дорог при различных температурах, а также снижение стоимости строительства дорог и дальнейшей ее эксплуатации.
Технический результат - получение прочных структурированных слоев автомобильных дорог, связанных как между собой, так и между слоями, а также повышение равномерной устойчивости дорожного полотна в процессе эксплуатации, путем обеспечения продолжительного роста прочности дороги во времени.
3
Поставленная цель достигается тем, что в способе строительства автомобильных дорог, включающем сооружение канав и водоотводящих устройств, подготовку грунтового земляного полотна, сооружение подстилающего слоя и дорожного покрытия, между подстилающим слоем и дорожным покрытием формируют основной слой, а подготовку грунтового земляного полотна производят путем разравнивания его с покрытием связующей добавкой и последующим укатыванием его, а при отсутствии грунтового земляного полотна его предварительно образуют путем нанесения смеси из песка, золошлаков и/или отходов угледобычи, воды и связующей добавки, а подстилающий слой формируют из смеси цемента, песка, наполнителя мелкой фракции, либо глины, либо мелкого гравия, либо отходов теплоэлектростанций, воды, связующей добавки, укладывают, разравнивают и уплотняют, затем либо напыляют, либо разбрызгивают связующую добавку, с последующим уплотнением игольчатыми катками до плотности не менее 1600 кг/м, а основной слой дорожного покрытия формируют из натурального гравия, песка, и/ли песчаных глин, стабилизаторов в виде цемента, и/или извести, и/или битума, и/или асфальтобетон и связующей добавки, при этом в качестве связующей добавки используют:
-1- либо добавку в количестве от 0,1-6,0 мас.%, включающую цеолит, выбранный из группы, содержащей цеолиты волокнистого типа, цеолиты со связанными двойной связью 4-кольцевыми цепочками, цеолиты с 6 кольцами, цеолиты с 8, 10 и/или 12 кольцами и хлориды металлов, выбранные из группы, содержащей хлорид натрия, хлорид калия, хлорид магния, хлорид кальция, хлорид бария, хлорид стронция, хлорид алюминия и их сочетаний при весовом соотношении цеолитов и хлоридов 0,01-0,42:1 соответственно;
-2- либо добавку в количестве от 0,1-6,0 мас.%, включающую цеолит, выбранный из группы, содержащей цеолиты волокнистого типа, цеолиты со связанными двойной связью 4-кольцевыми цепочками, цеолиты с 6 кольцами, цеолиты с 8, 10 и/или 12 кольцами и хлориды металлов, выбранные из группы, содержащей хлорид натрия, хлорид калия, хлорид магния, хлорид кальция, хлорид бария, хлорид стронция, хлорид алюминия и их сочетаний при весовом соотношении цеолитов и хлоридов 0,01-0,42:1 соответственно с добавлением шунгита в количестве 0,2-3 мас.% и волостонита в количестве 0,2-4 мас.%,
-3- либо добавку шунгита в количестве 0,5-4 мас.% и волостонита в количестве 0,5-5 мас.%,
-4- либо добавку в количестве от 0,1-6,0 мас.%, включающую цеолит, выбранный из группы, содержащей цеолиты волокнистого типа, цеолиты со связанными двойной связью 4-кольцевыми цепочками, цеолиты с 6 кольцами, цеолиты с 8, 10 и/или 12 кольцами и хлориды металлов, выбранные из группы, содержащей хлорид натрия, хлорид калия, хлорид магния, хлорид кальция, хлорид бария, хлорид стронция, хлорид алюминия и их сочетаний при весовом соотношении цеолитов и хлоридов 0,01-0,42:1 соответственно, с добавлением шунгита в количестве 0,5-4 мас.%;
-5- либо добавку в количестве от 0,1-6,0 мас.%, включающую цеолит, выбранный из группы, содержащей цеолиты волокнистого типа, цеолиты со связанными двойной связью 4-кольцевыми цепочками, цеолиты с 6 кольцами, цеолиты с 8, 10 и/или 12 кольцами и хлориды металлов, выбранные из группы, содержащей хлорид натрия, хлорид калия, хлорид магния, хлорид кальция, хлорид бария, хлорид стронция, хлорид алюминия и их сочетаний при весовом соотношении цеолитов и хлоридов 0,01-0,42:1 соответственно, с добавлением волостонита в количестве 0,5-5 мас.%;
-6- либо шунгит в количестве 0,5-6 мас.%;
-7- либо волостонит в количестве 0,5-7 мас.%;
причем связующие добавки наносят как на каждый из слоев с последующим смачиванием и прикатыванием, так и добавляют в любую смесь отдельных слоев путем перемешивания роторными механизмами с последующим смачиванием и прикатыванием.
Поставленная цель достигается тем, что конструкция автомобильных дорог, включающая естественное грунтовое земляное полотно, подстилающий слой, дорожное покрытие, водоотводящие выпуски и канавы, характеризуется тем, что между подстилающим слоем и дорожным покрытием расположен основной слой, причем от оси симметрии дороги к обочинам дорога имеет уклон 1-2 градуса, а каждый слой дороги содержит либо одну связующую добавку, либо их смесь, перемешанную с составляющими слоя, при этом в качестве связующих добавок используют: 1 - либо добавку в количестве от 0,1-6,0 мас.%, включающую цеолит, выбранный из группы, содержащей цеолиты волокнистого типа, цеолиты со связанными двойной связью 4-кольцевыми цепочками, цеолиты с 6 кольцами, цеолиты с 8,10 и/или 12 кольцами и хлориды металлов, выбранные из группы, содержащей хлорид натрия, хлорид калия, хлорид магния, хлорид кальция, хлорид бария, хлорид стронция, хлорид алюминия и их сочетаний при весовом соотношении цеолитов и хлоридов 0,01-0,42:1 соответственно;
-2- либо добавку в количестве от 0,1-6,0 мас.%, включающую цеолит, выбранный из группы, содержащей цеолиты волокнистого типа, цеолиты со связанными двойной связью 4-кольцевыми цепочками, цеолиты с 6 кольцами, цеолиты с 8,10 и/или 12 кольцами и хлориды металлов, выбранные из" группы, содержащей хлорид натрия, хлорид калия, хлорид магния, хлорид кальция, хлорид бария, хлорид стронция, хлорид алюминия и их сочетаний при весовом соотношении цеолитов и хлоридов 0,01-0,42:1 соответственно с добавлением шунгита в количестве 0,2-3 мас.% и волостонита в количестве 0,2-4 мас.%,
-3- либо добавку шунгита в количестве 0,5-4 мас.% и волостонита в количестве 0,5-5 мас.%,
-4- либо добавку в количестве от 0,1-6,0 мас.%, включающую цеолит, выбранный из группы, содержащей цеолиты волокнистого типа, цеолиты со связанными двойной связью 4-кольцевыми цепочками, цеолиты с 6 кольцами, цеолиты с 8, 10 и/или 12 кольцами и хлориды металлов, выбранные из группы, содержащей хлорид натрия, хлорид калия, хлорид магния, хлорид кальция, хлорид бария, хлорид стронция, хлорид алюминия и их сочетаний при весовом соотношении цеолитов и хлоридов 0,01-0,42:1 соответственно, с добавлением шунгита в количестве 0,5-4 мас.%;
-5- либо добавку в количестве от 0,1-6,0 мас.%, включающую цеолит, выбранный из группы, содержащей цеолиты волокнистого типа, цеолиты со связанными двойной связью 4-кольцевыми цепочками, цеолиты с 6 кольцами, цеолиты с 8, 10 и/или 12 кольцами и хлориды металлов, выбранные из:
группы, содержащей хлорид натрия, хлорид калия, хлорид магния, хлорид кальция, хлорид бария, хлорид стронция, хлорид алюминия и их сочетаний при весовом соотношении цеолитов и хлоридов 0,01-0,42:1 соответственно, с добавлением волостонита в количестве 0,5-5 мас.%;
-6- либо шунгит в количестве 0,5-6 мас.%;
-7- либо волостонит в количестве 0,5-7 мас.%;
На фиг.1 показана схема дорожной конструкции, где 1 - насыпь, естественное грунтовое земляное основание, 2 - подстилающий слой, 3 - основной слой, 4 - дорожное покрытие, 5 - обочин, 6 - водоотводящих выпусков, 7 - канава.
Способ осуществляется следующим образом.
Первоначально образуют грунтовое земляное основание, который может представлять ненарушенный местный материал, который увлажняют, затем напыляют любое связующее, перемешивают зубчатыми катками, затем уплотняют. Зубчатый каток своими зубьями проникает в ненарушенный местный материал, т.е. связующее проникает в монолитный слой, обволакивает, тем самым скрепляет его, в связи с чем образуется монолитное грунтовое земляное основание. При отсутствии естественного земляного грунта его образуют, путем насыпи смеси из песка, золошлаков и/или отходов угледобычи, воды, щебня и небольшого количества цемента, разравнивают смесь по всей ширине полотна, увлажняют, напыляют любое связующее в количестве 3 - 5%, перемешивают, затем уплотняют. При выполнении таких операций связующие проникают в мелкозернистую структуру земляного грунтового основания, структурируют его за счет образования длинноигольчатых кристаллов во всех направлениях.
После формирования монолитного земляного грунтового основания формируют подстилающий слой высотой 40-55 см, который состоит из смеси цемента, песка, наполнителя мелкой фракции либо глины, либо мелкого гравия, либо отходов теплоэлектростанций, воды и любой связующей добавки, с последующим разравниванием, увлажнением, напылением добавки в количестве 1-1,4 кг на кубический метр, рыхлением и уплотнением, при этом, чем крупнее зерна материала, тем меньше дозировка связующего, чем меньше зерна и больше пылевидных частиц и больше органических фракций в смеси и глины, тем больше дозировка связующего.
Далее формируют основной слой, который является главным слоем, воспринимающим и распределяющим нагрузку при эксплуатации. Основной слой дороги формируют из натурального гравия, или гравийных почв, разрушенной породы, песка, и/ли песчаных глин, стабилизаторов в виде цемента, и/или извести, и/или битума, и/или асфальтобетон и связующей добавки, а для дорог с высокой степенью нагрузки используют асфальтобетон или дробленный камень. Уложенный основной слой дороги разравнивают, увлажняют, рыхлят игольчатыми боронами, на этот рыхлый слой наносят одну из связующих добавок или смесь из них в количестве 2-5 кг на квадратный метр, затем перемешивают на глубину не менее 20-40 см в зависимости от высоты основного слоя дороги. При наличии крупных включений в смесь перемешивают на меньшую глубину, а при мелкозернистой смеси на большую глубину. Затем основной слой укатывают с одновременным смачиванием, при этом наличие волокнистых цеолитов в связующей добавке обеспечивает образование длинноигольчатых кристаллических образований с заполнением пустот и получении монолитного соединения.
2
Поверх основного слоя укладывают дорожное покрытие, которое представляет собой водоупорную структуру либо битумную, либо асфальтобетон. Дорожное покрытие должно исключать проникновение воды, растрескивание, дробление, т.е. сохранять свою целостность. Именно такие свойства дорожному покрытию придает связующая добавка №1, которую добавляют в дорожное покрытие в количестве 0,10-0,30 кг на 1 м, путем напыления, после чего дорожное покрытие перемешивают и уплотняют до плотности не более 1700 кПа. Данная добавка обеспечивает кристаллическую структуру материала с закупоренными капиллярными порами, а благодаря волокнистой структуре предотвращается образование микротрещин и обеспечивает быстрое затвердевание бетонных смесей. При строительстве дороги по предлагаемому способу желательно использовать все варианты. связующих добавок, так как каждая из них обеспечивает определенный показатель прочности и монолитности. Покрытие каждого слоя дороги связующей добавкой даже в малых дозах обеспечивает единую монолитность всей структуры дорожного полотна.
Возведенная по вышеописанному способу дорога обладает высокой прочностью и износостойкостью, устойчива к атмосферным изменениям. водным осадкам и перепадам температур. Проведенные испытания дорог, построенных с вышеназванными добавками, показали хорошие показатели по прочности, монолитности и выносливости.
Конструкция автомобильной дороги, представленная на фиг.1, состоит из существующего естественного или насыпного грунтового земляного основания 1, подстилающего слоя 2, основного слоя 3 и дорожного покрытия 4, обочин 5, водоотводящих выпусков 6. От оси симметрии O-O дороги к обочинам дорога имеет уклон в 1-2 градуса, что обеспечивает стекание воды при обильных атмосферных осадках. В связи с этим дорожное покрытие меньше подвергается воздействию воды, а следовательно, и ее проникновению, а следовательно, росту трещин при перепадах температур. Наличие в любом слое дороги связующего шунгита в количестве 0,2-4 мас.% от общей массы связующей добавки, содержащего доломит и окиси кремния, обеспечивает уменьшение пористости получаемых смесей, что также способствует образованию монолитных структур и появление эффекта сплетения структуры, а следовательно, исключает влияние атмосферных осадков, а следовательно, увеличение срока службы дороги. Наличие в любом слое связующей добавки волостонита в количестве 0,2-2,5 мас.% от связующей добавки, с характерной игольчатой формой кристаллов, также обеспечивает хорошую армированность смеси, а при перемешивании он равномерно распределяется по объему смеси и связывает ее.
Таким образом, предложенный способ строительства автомобильных дорог обеспечивает получение прочной, износостойкой и гибкой монолитностью конструкция автомобильной дороги, с повышенной водонепроницаемостью, морозоустойчивой к перепадам температур до минус 50 градусов, так как предложенные связующие обеспечивают сшивание ингредиентов путем проникновения длинноволокнистых игольчатых связей.