ДОРОЖНАЯ КОНСТРУКЦИЯ
ROAD STRUCTURE

Описание изобретения
Изобретение относится к области строительства и широко может быть использовано при возведении земляного полотна автомобильных и железных дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов, использовано в районах, характеризующихся глубоким сезонным промерзанием грунтов и высоким уровнем грунтовых вод.
Известна конструкция земляного полотна, включающая для ее устройства применение зернистых материалов: щебеночные, песчано-гравийные смеси, шлаки и непучинистые грунты (Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа, М.: Транспорт, 1985 г., с.12).
Для возведения земляного полотна применяется послойное распределение и уплотнение грунта по всему поперечному сечению.
Уплотнение грунта должно быть близким к пределу прочности грунта. При недостаточных контактных давлениях необходимая плотность не может быть достигнута, а при превышении давлений возникают явления разуплотнения: волнообразование, выдавливание грунта в стороны (Гремышев Н.В., Технология и организация строительства автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1992 г., с.36).
Известно также основание дорожного и аэродромного покрытия, включающее уплотненный грунт, размещенный в оболочке из грунта, укрепленного вяжущими материалами (а.с. №601343, E01C 3/04).
Наиболее близким к изобретению является дорожная конструкция, включающая дорожную одежду, дренирующий слой, земляное полотно, верхняя часть которого заключена в гидроизоляционную обойму (патент RU №2035536, E01C 3/06).
Недостатком этого основания является то, что устройство его трудоемкое, включает в себя применение дорогостоящих материалов, сложную технологию строительства, а также выполнено без учета образования уплотненного жесткого ядра под покрытием дороги (Цитович Н.А. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1979 г., с.109-130). Следовательно, такое дорожное основание земляного полотна находится в фазе дальнейшего уплотнения и не отвечает максимальной несущей способности грунтов, допускает значительные просадки при эксплуатации, образование келейности.
Целью изобретения является достижение максимальной несущей способности земляного полотна, уменьшение его просадки при эксплуатации и образования колейности, создание оптимального водно-теплового режима земляного полотна и дорожной одежды.
Поставленная цель достигается путем возведения земляного полотна с устройством уплотненного жесткого ядра треугольной формы под каждую колею дорожного покрытия (ширина колеи определяется нормативной нагрузкой АК от автотранспортных средств на автомобильных дорогах общего пользования ГОСТ Р 52748-2007) из прочных легкоуплотняемых зернистых материалов, а также щебеночных, песчано-гравийных смесей, шлаков и непучинистых грунтов, обладающих дренирующими свойствами, с учетом φ-угла внутреннего трения грунта основания насыпи и С - сцепления грунта основания насыпи. В зависимости от геологических условий и применяемых грунтов в основание насыпи, жесткое ядро может устраиваться на подстилающем геотекстильном материале или гидроизолирующем слое из полиэтиленовой пленки. Геотекстильный материал или полиэтиленовая пленка, уложенные из рулонов внахлест на 30-40 см в поперечном сечении, сшиваются, либо склеиваются, либо свариваются и служат для обеспечения отвода воды из основания дорожного полотна в предусмотренную продольную дренажную систему с поперечным отводом в район водостоков, а также для перераспределения передаточной нагрузки от уплотненного ядра на земляное основание дороги.
1
2
2
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем: при устройстве конструкции дорожного основания, где верхний слой грунта является более хорошим (малосжимаемым), то есть E - модуль деформации грунта верхнего слоя больше E - модуля деформации грунта нижнего слоя, то эпюра δ под центром тяжести дорожного покрытия будет с глубиной затухать быстрее (осадка минимальна). И наоборот, если верхний слой грунта является более слабым (с малым значением модуля деформации), то эпюра δ под центром тяжести дорожного покрытия будет с глубиной затухать медленнее, а, следовательно, и осадка на таком грунте будет больше. Таким образом, возведение земляного полотна с устройством под каждой колеей проезжей части дорожного покрытия жесткого ядра треугольной формы из прочных материалов, в зоне наибольших напряжений, обеспечит его минимальную просадку. При этом уплотненные жесткие ядра треугольной формы устроены глубиной заложения с учетом толщины расклинцованной щебеночной подушки конструкции покрытия. Глубина (Н) заложения устраиваемого жесткого ядра в основание насыпи земляного полотна определяется расчетной колеей проезжей части, φ - углом внутреннего трения грунта и С - сцеплением грунта. Чем больше С - сцепление грунта, тем меньше глубина (H) заложения жесткого ядра (Фиг.1, Фиг.2).
Предлагаемую дорожную конструкцию устраивают в насыпи следующим образом. Сначала снимают верхний растительный слой с уплотнением грунта, затем методом послойного распределения и уплотнения грунта по всему поперечному сечению укладывают основание 1 из местного грунта близрасположенных кюветов или резервов. Затем устраивается корыто под щебеночную подушку дорожного покрытия с последовательным устройством продольных траншей для устройства жесткого ядра 2 землеройными траншеекопателями (Домбровский Н.Г. Многоковшовые экскаваторы - конструкция, теория, расчет, 1972 г.). В клине уплотненного жесткого ядра устраивается продольный дренаж 3 с поперечными дренажными отводами 4 и водоотводными лотками насыпи 5 в районе водосборников. Дренаж устраивается закрытого типа и отличается тем, что к дренирующему слою, выполненному в виде наброски из крупного щебня фракции 20-40 или гравия с отводящими трубами, перекрыт доступ поверхностных вод за счет слоев дорожного покрытия. Трубы для дренажа могут применяться гончарные, керамические, бетонные, пластмассовые и другие. Диаметр труб 0,15-0,20 м. При этом поперечные дренажные отводы 4 устраиваются с уклоном не менее 2%, что обеспечивает сток воды из дренажной системы земляного полотна. Методом «от себя» производится засыпка траншеи жесткого ядра прочным легкоуплотняемым зернистым материалом, щебнем, песчано-гравийной смесью, шлаком или непучинистыми грунтами, обладающими дренирующими свойствами, и аналогичным способом устраивают следующую траншею. Затем устраивается щебеночная подушка проезжей части 6 и двухслойное асфальтобетонное покрытие 7. В зависимости от геологических условий и применяемых грунтов в основание насыпи, жесткое ядро может устраиваться на подстилающем геотекстильном материале или гидроизолирующем слое из полиэтиленовой пленки 8 (Фиг.3).
Работает такая дорожная конструкция следующим образом: в зоне, непосредственно под каждой колеей проезжей части дороги, образован клин треугольного жесткого ядра из уплотненного грунта и объединен со щебеночной подушкой асфальтобетонного покрытия.
Такое тело конструкции основания асфальтобетонного покрытия приобретает свойства ортотропности, так как через каждую точку проходят три взаимно перпендикулярные плоскости упругой симметрии. Направив оси координат перпендикулярно плоскостям симметрии, получим:
a
a
ij
ji
При этом =.
Выражая упругие постоянные через так называемые технические постоянные, можно соотношениям (1) придать иной вид:
1
2
3
12
23
13
12
21
13
31
23
32
Здесь E, E, E - модули продольной упругости; G, G, G - модули сдвига; µ, µ, µ, µ, µ, µ - коэффициенты Пуассона.
1
21
2
12
2
32
3
23
3
13
1
31
При этом Eµ=Eµ; Eµ=Eµ; Eµ=Eµ.
Предложенная конструкция основания земляного полотна дороги обладает наибольшей несущей способностью, работает как единое целое, и давление от нее передается на боковые стороны насыпи.
Такое выполнение дорожной конструкции позволяет производить отвод воды из основания земляного полотна через дренажную систему в водостоки, что исключает возникновение пучин.
В предложенной конструкции удается повысить прочность основания земляного полотна, уменьшить просадки при эксплуатации.
Высокие прочность и морозоустойчивость предлагаемой дорожной конструкции объясняется тем, что влага, попавшая в процессе строительства или эксплуатации в зону треугольного жесткого ядра, будет отведена в дренажную систему, а из обочины откосов насыпи - естественным путем. Поэтому влажность грунта в течение всего периода службы дорожной конструкции не будет превышать оптимального значения.
Применение предлагаемой дорожной конструкции позволяет:
восстановить высокие транспортно-эксплуатационные характеристики автомобильных дорог на длительный период времени;
снизить последующие эксплуатационные затраты;
увеличить несущую способность (модуля упругости) дорожной одежды, что обеспечивает пропуск автомобильного транспорта с большими нагрузками на ось, и исключить закрытие дорог в зимне-весенний период.
Предлагаемая дорожная конструкция рекомендуется для автомобильных и железных дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов, а также для районов, характеризующихся глубоким сезонным уровнем грунтовых вод.