УСТРОЙСТВО СМЕШАННЫХ ОСНОВАНИЙ И ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ЗАКЛИНКИ
ARRANGEMENT OF MIXED BASES AND SURFACES BY METHOD OF WEDGING

Изобретение относится к отрасли возведения автомобильных дорог и, в частности, к устройству дорожных одежд.
Существующие технологии устройства дорожных одежд сопутствуют скапливанию дождевых и особенно талых вод под асфальтовым покрытием, а, как известно, вода размягчает любое песчано-гравийное основание, что приводит в движение щебеночный слой, изготовленный методом заклинки, и выводит из строя дорожное покрытие. Это требует проводить внеплановые текущие и капитальные ремонты.
Известно устройство щебеночных оснований и покрытий на песчаном подстилающем слое, которое должно быть тщательно спланировано и уплотнено. Перед укладкой щебня подстилающий слой увлажняют с расходом воды около 5% от массы щебня. В качестве щебня используются карбонатные породы прочностью 60…70МПа. Толщина конструктивного слоя щебеночного основания или покрытия колеблется от 12 до 30 см.
Технологическая последовательность работ при устройстве покрытия из фракционированного щебня включает применение трех фракций щебня: 40…70 мм из расчета около 70% от общей потребности; 15…25 мм из расчета около 20% от общей потребности и 5…10 мм - около 10%. Первую фракцию равномерно распределяют по песчаному подстилу, разравнивают и укатывают. Последующие фракции в том же технологическом цикле укладывают и укатывают с поливом водой (1).
Недостаток данной технологической схемы устройства заключается в том, что после укатки щебеночной россыпи при попадании дождевых и талых вод снизу проникает песок в пустоты между щебенками, песок расстраивает процесс уплотнения, разобщает щебень и препятствует образованию монолита. Образуются мертвые поля. Для предотвращения данного разрушительного процесса создают дополнительный противозаклинивающий слой путем укладки геотекстиля, что удорожает строительство.
Базовым документом, определяющим технологию строительства автомобильных дорог, являются Санитарные нормы и правила «Автомобильные дороги СНиП 3.06.03 - 85» (2). Однако дороги, построенные в соответствии с указанными правилами, не избавлены от воздействия таких природных факторов, как скапливание дождевых и особенно талых вод под асфальтовым покрытием. А вода как мощнейший природный растворитель размягчает любое песчано-гравийное основание, что приводит в движение щебеночный слой, даже изготовленный методом заклинки и способствует проникновению дождевых и талых вод приводящих к разрушению оснований и покрытий.
Известна принятая за прототип технология устройства покрытий и оснований из щебня, обработанного способом пропитки толщиной 6-8 см, регламент которой включает три - четыре стадии формирования слоев основания дорожной одежды и соответственно четыре стадии россыпи щебня фракции 40…70 мм; 20…40 мм; 3…10 мм; 3…10 мм с уплотнением катками и розливом вяжущего, в качестве которого используется битум БНД 90/130 нагреваемого до температуры 80…170°С (3).
Этой технологии также присущи недостатки. Это высокая себестоимость из-за использования битума БНД 90/130. Покрытие в жаркую погоду деформируется, на нем образуются наплывы, волны. При избытке вяжущего образуются просадки, а при недостатке его появляются сухие места, которые требуют дополнительных расходов на исправление. Способ не избавляет от проникновения дождевых и талых вод в основание.
В основу настоящего изобретения поставлена задача создания технологии устройства слоев оснований и покрытий автомобильных дорог, совокупность которых составляет дорожные одежды и создание агрегата для смешивания состава оснований, с использованием природных строительных материалов, не требующих дополнительной переработки, что значительно удешевляет строительство дорог и предохраняет их от разрушения дождевыми и талыми водами, так как исключает их проникновение в основания и покрытия.
Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство щебеночных оснований и покрытий методом заклинки включает подготовку дорожного полотна посредством удаления поверхностного слоя земли, устройство дополнительного и верхнего слоев основания с использованием различных по размеру фракций щебня, приемов увлажнения и уплотнения.
Отличие технологических приемов устройства основания заключается в том, что удаление поверхностного слоя земли осуществляют на глубину по меньшей мере на 300…500 мм ниже глубины промерзания, дополнительный слой устраивают рассыпкой по этому полотну глины естественной влажности слоем 150…200 мм, распределением по глине расклинивающего щебня слоем 100…120 мм фракции 70…120 мм по меньшей мере с двукратным повторением рассыпки материалов и с послойной расклинцовкой так, чтобы уплотняемая масса не имела пустот, а верхние слои основания устраивают послойной россыпью щебня фракций 50…70 мм толщиной 150…170 мм, 20…40 мм толщиной 70…100 мм, а также перемешивании в смесителе щебеночным отсевом с глиной, измельченной в порошок в соотношении 100…200 кг сухой глины на 1000 кг отсева с последующим ворошением всех слоев верхнего основания ножами агрегата для смешивания состава оснований с проливом водой из расчета 30…40 л/м2 и последующим уплотнением, заклинивая щебеночные элементы до образования беспустотного монолита.
Другим отличием является то, что максимальное количество слоев глинистых и расклинивающего щебня дополнительного слоя основания устанавливают в зависимости от глубины промерзания и высоты планировки местности, но не менее пяти слоев.
Следующим отличием устройства щебеночных оснований является то, что зеркало основания устраивают с поперечным уклоном β, равным 3…50 от центра основания к обочине и углом α откоса основания со стороны обочины, принимаемого равным 40…45, а для дренирующего слоя используют песок, гравий, шлаки и другие строительные отходы.
Для полного заполнения пустот образуемых формой элементов щебня предлагается агрегат для смешивания состава оснований, в котором на раме смонтированы последовательно расположенные друг за другом секции с рядом ножей, при этом ножи одной секции по отношению к другой размещены в шахматном порядке, а сами ножи имеют форму пластин с серповидным профилем и основаниями крепятся к поперечине секции. Агрегат может иметь односекционное исполнение с шахматным расположением ножей.
На фиг.1 показана в поперечном разрезе конструкция смешанных оснований - укладка подготовительного слоя для магистралей; на фиг.2 - агрегат для смешивания - смеситель, вид сбоку и вид сверху; на фиг.3 - нож агрегата для смешивания.
Сначала подготавливается дорожное полотно. Для этого снимается плодородный слой земли на глубину 300…500 мм ниже промерзающего слоя и шире асфальтового покрытия под углом α линии 1 откоса 40…45° с каждой стороны к основе полотна 2. Если глиняный слой ближе промерзающего слоя, то его оставляют. На автомагистралях ширина полотна будет зависеть от высоты насыпи асфальтного покрытия и ширины обочины. После подготовки основы дорожного полотна устраивают дополнительный 3 слой основания, для чего по земляному полотну рассыпают глину естественной влажности слоем 150…200 мм, разравнивают и планируют автогрейдером или бульдозером. На глиняную основу расстилают россыпью щебень фракции 70…120 мм равномерной толщиной 100…120 мм. Разравнивают и планируют щебень, уплотняют катками 5…7 проходами по одному слою.
Вдавливанием щебня в глину добиваться его заклинивания так, чтобы уплотняемая масса не имела пустот, они должны быть заполнены глиной. Необходимо учитывать, что максимальное количество глинных слоев и расклинивающего щебня дополнительно слоя основания устанавливают в зависимости от глубины промерзания и высоты планировки местности, но не более пяти, а минимальное количество не менее двух.
После возведения дополнительного слоя основания переходят к устройству верхнего 4 слоя основания. Для этого готовят смесь из щебеночного отсева и сухой измельченной в порошок глины из расчета 100…200 кг глины на 1000 кг отсева с последующим перемешиванием в смесителе в сухом виде.
По подготовленному дополнительному слою основания расстилают послойно россыпью щебень фракции 50…70 мм толщиной 150…170 мм, фракции 20…40 мм толщиной 70…100 мм и по верху смесью щебеночного отсева с глиной.
2
Созданную многослойную россыпь подвергают ворошению. Для этого используют агрегат для смешивания состава оснований, который выполнен в виде рамы со смонтированными на ней последовательно расположенными друг за другом секциями с рядом ножей, где ножи одной секции по отношению к другой размещены в шахматном порядке. Ножи имеют серповидный профиль. Суть ворошения заключается в следующем. Когда трактор тянет агрегат то пластинчатые ножи раздвигают щебень и смесь, создавая подвижку всей массы, то более мелкие элементы щебня и смеси просыпаются в пустоты, образованные более крупными элементами, заполняя их. Количество проходов агрегатом определяется визуально. Ворошение обеспечивает высокое качество перемешивания всей массы и обеспечивает равномерное распределение щебня фракции 50…70 мм по всему подготовленному слою основания. Перемешанную массу проливают водой из расчета 30…40 л/м для улучшения эластичности и уплотнения. Затем осуществляют уплотнение, заклинивая щебеночные элементы до образования беспустотного монолита. Уплотнение осуществляют катками с многократным проходом по одному следу. Качество проверяют путем установки трубы в любом месте подготовительного слоя и налитием воды в нее, чтобы она стояла.
Глина, ввиду того, что ее главными компонентами являются окислы кремния и алюминия значительно увеличивает сцепление между частицами минерального материала, хорошо заполняет пустоты между этими частицами и таким образом повышает плотность и водоустойчивость смеси, связывая все компоненты в монолит.
Конструкция верхнего слоя основания предусматривает поперечный уклон β его зеркала 5 от центра основания к обочине, равный 3…5°.
Угол α откоса основания, со стороны обочины, принимают равным 40…45°.
Для дренирующего слоя отмостки 6 используют песок, шлаки, гравий и другие строительные отходы.
Подготовленное верхнее 4 основание готово для покрытия асфальтом 7.
Агрегат для смешивания состава оснований содержит раму 8, на которой смонтированы две секции 9 и 10. В каждой секции закреплены основаниями 11 пластичные ножи 12. В комплекте секции 9 и 10 смонтированы со смещением ножей в шахматном порядке. Ножи 12 имеют серповидный профиль.
Для работы агрегат цепляют к трактору, при движении ножи 12 раздвигают щебень и смесь, создавая подвижку всей массы и более мелкие элементы щебня и смеси просыпаются в пустоты, образованные крупными элементами, заполняя их.
Заявленный способ возведения (устройства) дорожных одежд автомобильных дорог с использованием агрегата позволяет вместо вяжущих материалов БНД 90/130, дегтя Д-7 или битумных эмульсий для пропитки смесей ингредиентов довольно дорогих, использовать природный материал - глины, всегда имеющиеся в местах прокладки автомобильных трасс. Это значительно удешевляет технологию устройства оснований и, самое главное, предохраняет от разрушения дождевыми и талыми водами основания, так как исключает их проникновение в основание из-за свойств глины - природного гидроизолятора.
В связи с тем, что песок при общем оттаивании почвы оттаивает быстрее, поэтому его использование при строительстве откосов целесообразнее других материалов, выполняющих роль дренажной системы, способствует более раннему впитыванию талой воды, сходящей с асфальта и его внутренних пор.
Источники информации
1. Строительство, эксплуатация и ремонт автомобильных дорог. М.: Инфра - Инженерия. 2005, стр.433-437.
2. Санитарные нормы и правила. Автомобильные дороги. СНиП 3.06.03 - 85. М.: Госстрой СССР. 1989 г. Разделы 7, 8 и 9, стр.24-36.
3. То же, что по п.1, стр.455-458 (прототип).