СПОСОБ УСТРОЙСТВА ЛЕГКИХ МОНОЛИТНЫХ НАСЫПЕЙ
METHOD FOR LIGHT MONOLITHIC EMBANKMENTS INSTALLATION

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано при строительстве насыпей дорог на слабом основании, а также при скоростном восстановлении дорог после паводков и наводнений.
Известен способ сооружения плавающей насыпи [1], который включает нанесение на поверхность слабого грунтового основания жидкого слоя вспененного полимерного материала заданной ширины, на образовавшуюся поверхность которого после наступления полимеризации укладывают армирующий геосинтетический материал, затем повторяют процесс укладки слоев необходимое число раз до достижения требуемой высоты и геометрии плавающей насыпи. После этого насыпь из вспененного полимерного материала засыпают минеральным грунтом толщиной не менее 0,3 м.
Основным недостатком данного способа является отсутствие известного полимерного материала, который бы по своим физико-химическим свойствам удовлетворял бы условиям строительства насыпи указанным способом. При розливе расплавленного пенопостирола на естественное основание дороги (даже в жаркую погоду, не говоря об осенне-весеннем периоде и наличии осадков) произойдет его сжатие до исходного состояния гранул, т.к. стабилизация вспененной структуры производится постепенным снижением температуры от 100 до 70°С, в течение 20-30 минут. Подтвержденные данные о наличии материалов типа монтажных пен, способных выдерживать подобные нагрузки, в научной литературе отсутствуют.
Кроме того данный способ требует разработки технологического оборудования для изготовления и розлива жидкого слоя вспененного полимерного материала заданной ширины и высоты.
Известно техническое решение [2] по устройству легкой дорожной насыпи из EPS блоков, в котором, с целью повышения пожаробезопасности и уменьшения времени на строительство легкой дорожной насыпи, EPS блоки помещены в мешок с застежкой молнии из водоотталкивающего и огнеупорного брезента, по периметру имеющего четыре полузастежки молнии, а на нижней и верхней поверхности указанного мешка размещены застежки липучки "велькро".
Недостатками данного решения являются:
- дополнительные затраты времени на упаковку EPS блоков в мешки;
- значительный расход брезента на изготовление мешков;
- недостаточная прочность соединения блоков в насыпи.
Из известных технических решений наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому относится способ сооружения плавающей насыпи из пенополистирола [3].
Суть этого способа состоит в том, что на поверхность слабого основания послойно укладывают готовые блоки из пенополистирола, затем скрепляют их специальными скобами или пазами, засыпают нижнюю часть насыпи минеральным грунтом, формирующим очертания земляного полотна и предотвращающим повреждения пенополистирола.
Основным недостатком данного способа является невозможность строительства насыпей небольшой высоты (от 1,5 до 3 м). При строительстве небольших насыпей, где давление присыпной части откосов насыпи (из-за незначительной массы и объема) в меньшей степени сглаживает воздействие от динамических нагрузок, возникающих при движении транспортных средств, отсутствует жесткая связь между блоками и слоями, так как скрепляющие скобы и пазы, под воздействием сдвигающих напряжений от динамической нагрузки, ломают блоки пенополистирола.
Задачей изобретения является разработка способа устройства легких монолитных насыпей небольшой высоты (от 1,5 до 3 м), обеспечивающего ее прочность, а также позволяющего сократить сроки строительства и обеспечить экономию материалов.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ сооружения легких монолитных насыпей, включающий снятие растительного слоя, отсыпку и уплотнение выравнивающего слоя, раскатку сетки из полимерного геосинтетического материала, укладку поверх сетки первого слоя блоков пенополистирола, при которой подошва, боковые и торцевые поверхности блоков покрываются жидким стеклом, фиксацию слоя в поперечном направлении свайками, покрытие поверхности первого слоя блоков жидким стеклом с последующей укладкой блоков второго слоя с покрытием боковых и торцевых поверхностей блоков жидким стеклом, покрытие поверхности второго слоя жидким стеклом. При необходимости укладки большего количества слоев из блоков пенополистирола операции выполняются аналогично. После укладки завершающего слоя блоков пенополистирола, его поверхность покрывается жидким стеклом и поверх раскатывается сетка из полимерного геосинтетического материала. После этого насыпь засыпается минеральным грунтом, толщиной не менее 0,3 м. Габаритные размеры насыпей в продольном и поперечном профиле доводятся до проектных, и устраивается дорожная одежда.
Изобретение поясняется чертежами (фигуры 1, 2, 3, 4). На фигурах 1, 2 показаны схемы конструкции легкой монолитной насыпи. На фигуре 3 показан вариант пошаговых действий по устройству первого слоя насыпи из блоков пенополистирола (вид сверху). На фигуре 4 показан вариант пошаговых действий по устройству второго слоя насыпи из блоков пенополистирола (вид сверху).
На фигурах 1, 2 обозначены: естественный слабый грунт - 1, выравнивающий слой - 2, блоки пенополистирола - 3, свайки - 4, сетка из полимерного геосинтетического материала - 5, дорожная одежда - 6, песчаный слой основания дорожной одежды - 7, откосы насыпи из минерального грунта - 8.
Подробная технология обработки и укладки блоков пенополистирола представлена на фигурах 3 и 4. Причем, из-за быстрого схватывания и твердения жидкого стекла, его нанесение на блоки пенополистирола необходимо осуществлять непосредственно перед укладкой в слой. Время прочного соединения блоков между собой варьируется от 5 до 20 минут в зависимости от состава жидкого стекла, температуры и влажности окружающего воздуха.
После выполнения первых технологических операций (описанных выше) и раскатывания сетки из полимерного геосинтетического материала, производится обработка и укладка блоков пенополистирола в тело насыпи. Вариант последовательности действий по устройству первого слоя насыпи из блоков пенополистирола представлен на фигуре 3 (На представленной схеме стороны блоков, покрытые жидким стеклом, изображены жирными линиями. При перечислении сторон блоков подразумевается: 11 - верхняя торцевая сторона, 12 - нижняя торцевая сторона, 13 - левая боковая сторона, 14 - правая боковая сторона, 15 - поверхность, 16 - подошва): (шаг а) - забивка сваек; (шаг б) - покрытие слоем жидкого стекла подошвы и левой боковой стороны первого блока, установка блока в проектное положение; (шаг в) - покрытие слоем жидкого стекла части правой боковой стороны первого блока, равной длине второго блока, а также подошвы и левой боковой стороны второго блока; (шаг г) - установка второго блока в проектное положение, покрытие жидким стеклом верхних торцевых сторон первого и второго блока; (шаг д) - забивка сваек, покрытие слоем жидкого стекла нижней торцевой стороны первого блока, подошвы, левой боковой и верхней торцевой стороны третьего блока; (шаг е) - установка третьего блока в проектное положение; (шаг ж) - покрытие слоем жидкого стекла оставшейся части правой боковой стороны первого блока, нижней торцевой части второго блока, части правой боковой стороны третьего блока, подошвы, левой боковой и верхней торцевой стороны четвертого блока; (шаг з) -установка четвертого блока в проектное положение; (шаг и) - покрытие слоем жидкого стекла правой боковой стороны второго блока, части правой боковой стороны четвертого блока, подошвы и левой боковой стороны пятого блока; (шаг к) - установка пятого блока в проектное положение, покрытие слоем жидкого стекла верхней торцевой стороны пятого блока; (шаг л) - забивка сваек, покрытие слоем жидкого стекла нижней торцевой стороны третьего блока, подошвы, левой боковой и верхней торцевой стороны шестого блока, части правой боковой стороны пятого блока, подошвы и левой боковой стороны седьмого блока; (шаг м) - установка шестого и седьмого блоков в проектное положение, покрытие слоем жидкого стекла нижней торцевой стороны четвертого и верхней торцевой стороны седьмого блоков, оставшейся части правой стороны третьего блока и части правой стороны шестого блока, подошвы, левой боковой и верхней торцевой стороны восьмого блока. По аналогии укладываются последующие блоки, до завершения укладки слоя.
По мере укладки первого слоя блоков пенополистирола в тело насыпи, их прочного схватывания и освобождения достаточного технологического пространства, приступают к укладке второго слоя блоков пенополистирола. Вариант последовательности действий по устройству второго слоя насыпи из блоков пенополистирола представлен на фигуре 4 (На представленной схеме серым обозначена площадь поверхности первого слоя блоков пенополистирола, покрываемая жидким стеклом, непосредственно перед укладкой на нее блоков второго слоя. При перечислении сторон блоков подразумевается: 15 - поверхность, 16 - подошва, 17- левая торцевая сторона, 18 - правая торцевая сторона, 19 - верхняя боковая сторона, 20 - нижняя боковая сторона): (шаг a1) - покрытие участка поверхности первого слоя блоков (согласно схемы) для укладки блока 2.1 и покрытие жидким стеклом его верхней боковой стороны; (шаг б1) - установка в проектное положение блока 2.1, покрытие жидким стеклом обеих его торцевых сторон, покрытие участка поверхности первого слоя блоков (согласно схемы) для укладки блока 2.2 и покрытие жидким стеклом его верхней боковой и левой торцевой сторон; (шаг в1) - установка в проектное положение блока 2.2, покрытие жидким стеклом обеих его правой торцевой и нижней боковой сторон, покрытие жидким стеклом нижней боковой стороны блока 2.1, покрытие участка поверхности первого слоя блоков (согласно схемы) для укладки блоков 2.3 и 2.4, покрытие жидким стеклом верхней боковой и правой торцевой сторон блока 2.3, а также верхней боковой и левой торцевой сторон блока 2.4; (шаг г1) - установка в проектное положение блоков 2.3 и 2.4, покрытие жидким стеклом левой торцевой и нижней боковой сторон блока 2.3 и правой торцевой и нижней боковой сторон блока 2.4, покрытие участка поверхности первого слоя блоков (согласно схемы) для укладки блоков 2.5 и 2.6, покрытие жидким стеклом верхней боковой и правой торцевой сторон блока 2.5, а также верхней боковой и левой торцевой сторон блока 2.6. По аналогии укладываются последующие блоки, до завершения укладки слоя. Далее, укладывается следующий слой блоков пенополистирола в той же последовательности что и первый слой.
При необходимости строительства более высокой насыпи, четные слои укладываются по схеме, представленной на фигуре 3, а нечетные - по схеме, представленной на фигуре 4. Основным требованием при устройстве насыпи является взаимно перпендикулярное расположение блоков в смежных слоях, которое обеспечивает правильное распределение нагрузки.
Прочность и монолитность конструкции достигается тем, что в ходе покрытия всей поверхности блоков пенополистирола жидким стеклом, происходит его впитывание в пенополистирол. Жидкое стекло «отдает» ему влагу, тем самым усиливая свою вязкость и прочность. Другими словами, происходит частичный взаимообмен с покрываемой поверхностью на молекулярном уровне. В результате, обработанные жидким стеклом блоки пенополистирола склеиваются между собой и с сеткой из полимерного геосинтетического материала по всей площади соприкосновения и представляют целостную монолитную плиту или балку, армированную изнутри решеткой из застывшего жидкого стекла. Кроме того, жидкое стекло повышает влагостойкость, огнеупорность и прочность пенополистирола. Дополнительную прочность и монолитность конструкции придает сетка из полимерного геосинтетического материала, повышая прочность монолитной плиты на изгиб. Сокращение сроков строительства достигается тем, что повышенные прочностные характеристики конструкции позволяют возводить насыпи меньшей высоты, на строительство которых требуется меньше времени. Уменьшение высоты насыпи приводит к сокращению расхода строительных материалов. Высокая адгезия жидкого стекла и пористость пенополистирола, которая позволяет быстро впитываться и схватываться жидкому стеклу, исключает потребность в технологических перерывах и, тем самым обеспечивает высокие темпы строительства.
Представленный способ устройства легких монолитных насыпей выполняется с помощью известного технологического оборудования, дорожно-строительной техники и материалов, он прост в осуществлении и пригоден для промышленного применения.
Список использованных источников:
1. Патент на изобретение RU №2547193, опубл. 20.04.2015 г.
2. Патент на полезную модель RU №126016, опубл. 20.03.2012 г.
3. Ярцев В.П. Физико-механические и технологические основы применения пенополистирола при дополнительном утеплении зданий и сооружений: учебное пособие / В.П. Ярцев, К.А. Андрианов, Д.В. Иванов. - Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. - 120 с.