ДОРОЖНАЯ ГЕОСЕТКА

Полезная модель относится к конструкции армирующих геосеток, предназначенных для укрепления грунта, преимущественно, при строительстве дорог. Заявленная геосетка может найти применение для укрепления слабых грунтов при устройстве временных и технологических дорог, например, вдольтрассовых дорог, возводимых при строительстве трубопроводов. Также геосетка может использоваться при строительстве буровых площадок, подвергаемых высоким и интенсивным нагрузкам, подъездов к ним и для армирования слоев дорожных одежд, как при строительстве новых, так и при ремонте и реконструкции уже существующих автодорог.
В заявленном решении «геосетка» представляет собой плоский сетчатый текстильный материал, образованный наложением двух взаимно пересекающихся систем нитей основы и утка, причем места пересечений нитей скреплены прошивкой, провязыванием или проклеиванием.
Из уровня техники известно «Временное покрытие грунтовых дорог», описанное в авторском свидетельстве СССР №1595986 A1, МПК: E01C 9/08 от 30.09.1990. Покрытие грунтовой дороги содержит сетку, зафиксированную в грунте посредством анкерных элементов. Ячейки сетки выполнены разновеликими по ширине покрытия с минимальным размером ячеек в местах расположения колесопроводов и с увеличением размеров ячеек в межколлейном пространстве и за пределами колесопроводов на боковых участках дорожного покрытия. Временное покрытие решает задачу повышения прочности дороги при рациональном размещении материала геосетки по ширине покрытия. Однако в конструкции геосетки не учтено, что автомобильный транспорт является высокоманевренным, при своем перемещении он многократно поворачивает и отклоняется в стороны от основной линии передвижения. При любом отклонении от заданной колеи транспортное средство попадает на незащищенные или на слабозащищенные участки дороги Таким образом, недостатком данного технического решения является слишком узкая полоса армирования геосетки.
Из уровня техники известно «Дорожное покрытие», содержащее геосетку из стеклонитей, раскрытое в описании патента RU 2124089 C1, МПК: E01C 7/32, опубликованного 27.12.1998. Сущность известного решения заключается в том, что в дорожном покрытии использована нитепрошивная сетка из стеклонитей, уложенная эквидистантно поверхности покрытия так, что направление укладки сетки совпадает с направлением движения транспортных средств, а размеры ячеек сетки выбраны исходя из соотношения 1≤а/в≤2, где «а» - размер стороны ячейки, совпадающий с направлением движения; «в» - размер стороны ячейки, перпендикулярной направлению движения транспортных средств. При этом размер ячейки а≈с, где «с» - максимальная длина пятна контакта между поверхностью дорожного покрытия и шиной колеса транспортного средства в направлении, перпендикулярном оси колеса. Как указано в описании изобретения, благодаря использованию геосетки, выполненной с соблюдением заданного соотношения размеров ячеек, в дорожном покрытии образуется слой, обладающий повышенной несущей способностью. Повышение несущей способности достигается за счет соотношения, определяющего размер ячейки при условиях равнопрочности основы и утка сетки при воздействии сдвиговых и растягивающих деформирующих усилий. Недостатком данного технического решения является относительно редкое расположение нитей геосетки по отношению к площади пятна контакта колеса транспортного средства, поскольку сторона ячейки равна максимальной длине пятна контакта шины колеса с поверхностью дорожного покрытия. Получается, что пятно контакта колеса может попадать между нитями геосетки, воздействуя на незащищенный грунт, что снижает эффективность использования геосетки.
Кроме того в описанной конструкции не учтено, что при использовании геосеток в грунтовых дорогах динамическая нагрузка от колес транспортного средства на нити основы, расположенные по ходу движения гораздо выше, чем на нити утка, расположенные поперек дорожного покрытия. Например, грузовая машина может следовать по одним и тем же нитям основы вдоль всей длины геосетки, уложенной на участке дороги.
Упрочнение нитей основы применяется, например в геосетках марки «Fornit» фирмы «Huesker». Указанная дорожная геосетка образована наложением двух взаимно пересекающихся систем нитей основы и утка со скреплением мест пересечений провязыванием. Геосетки данного типа имеют равномерно расположенные квадратные ячейки, при этом все нити основы выполнены в 2-3 раза толще, чем нити утка. См.: http://www.heesker.com/poccnr/geokunststoffe/produkte/fornitsuprsup/ (сведения размещены на сайте в 2009 году). Данное решение выбрано за прототип.
Недостатком данного технического решения является повышенный расход материала нитей основы на изготовление геосетки. При использовании геосетки марки «Fornit» в пятно контакт колеса с дорогой попадает до восьми упрочненных нитей основы геосетки, что приводит к значительному перерасходу геотекстильного материала на строительство временной дороги.
Заявленное техническое решение направлено на решение задачи по снижению материалоемкости изготовления дорожной геосетки при повышении прочности грунтовых промысловых и вдольтрассовых дорог за счет улучшения структуры армирующей геосетки.
Техническим результатом полезной модели является снижение расхода нитей на изготовление дорожной геосетки при повышении прочности грунтовых промысловых и вдольтрассовых дорог за счет улучшения структуры армирующей геосетки, обеспечивающей повышение ее жесткости и несущей способности.
Для решения поставленной задачи заявлена дорожная геосетка, образованная наложением двух взаимно пересекающихся систем нитей основы и утка со скреплением мест пересечений, причем нити основы проложены равномерно через расстояние, соответствующее ширине ячейки геосетки, и выполнены с линейной плотностью больше или равной плотности нити утка. При этом для дополнительного армирования геосетки в направлении движения транспорта через расстояние больше ширины ячейки, но меньше ширины протектора транспортного средства, проложены нити основы с повышенной в 1,2-5,0 раз линейной плотностью по сравнению с линейной плотностью остальных нитей основы.
Дорожная геосетка может быть выполнена с ячейками прямоугольной или квадратной формы.
В зависимости от условий эксплуатации геосетка может быть изготовлена в широком диапазоне размеров ячеек, например, со стороной квадрата от 2,5×2,5 до 70×70 мм.
Наиболее предпочтительными являются размеры ячейки геосетки, выбранные в интервале от 15×15 до 50×50 мм
Укрепление слабых грунтов армирующими геосетками при строительстве временных и технологических грунтовых дорог, например, вдольтрассовых дорог, приводит к повышению жесткости и несущей способности дорожного покрытия. При этом эффективность использования геосетки во многом зависит от структуры материала. Размер ячеек и расположение армирующих нитей геосетки должно быть рассчитано так, чтобы динамические нагрузки от колес транспортных средств максимально передавались на армирующую геосетку и не приводили к сдвигам и деформации основания дороги.
Наибольшее динамическое воздействие на дорожное покрытие оказывают грузовики и другие большегрузные машины, так как они оказывают большее удельное давление на грунт, чем, например, тракторы и трубоукладчики. Однако размер шин автомобилей стандартизирован (см. ГОСТ Р 52899-2007 «Шины пневматические для грузовых механических транспортных средств и прицепов. Технические условия») поэтому имеется возможность рассчитать оптимальные параметры структуры геосетки, чтобы гарантировать, что в любом месте поверхности дорожного покрытия колесо транспортного средства попадет хотя бы на одну упрочненную нить продольного армирования, выполненную с повышенной линейной плотностью.
Оптимальное расстояние L для дополнительного армирования геосетки по основе выбрано в интервале C>L≥2a, где
a - ширина ячейки в поперечном направлении;
C - ширина протектора колеса транспортного средства.
Поскольку размер шин автомобилей стандартизирован, рассчитаем оптимальное расстояние L для дополнительного армирования геосетки, исходя из норм, указанных в ГОСТ Р 52899-2007 на «Шины пневматические для грузовых механических транспортных средств и прицепов». Легкие грузовые шины (радиальные и диагональные) имеют ширину профиля 154-228 мм. Грузовые шины большегрузных машин имеют ширину профиля от 213 до 425 мм. Шины грузового автомобиля взаимодействуют с дорожным покрытием грунтовой дороги пятном контакта, ширина которого равна ширине протектора шины. Ширина протектора для большинства типов шин составляет величину равную 07,-0,8 от ширины профиля шины. Таким образом, оптимальное расстояние Ь для армирования по основе выбрано не более 105 мм для предполагаемой транспортной нагрузки легкими грузовыми шинами (154×0,7=108 мм).
Дорожная геосетка изготавливается из высокопрочных нитей, стойких к воздействию природных факторов: солнца, воды, колебания температур, а также кислотности или щелочности почвы. Исходя из условий эксплуатации геосетки, в качестве нитей основы и утка выбирают нити из полимерных синтетических или из природных минеральных материалов. Нити из натуральных волокон для изготовления заявленной геосетки не подходят, поскольку быстро разрушаются в природной среде.
Если геосетку изготавливают из полимерных синтетических материалов, то нити основы и утка выбирают, преимущественно, из полиэфирных, полиамидных, или из полипропиленовых нитей. Указанные нити являются химическими комплексными нитями, которые состоят из элементарных нитей. Комплексные нити неподкручены или подкручены и содержат 20-50 кручений на метр, или пневмосоединены и содержат 10-40 соединений на метр.
Если геосетку изготавливают из природных минеральных материалов, то нити основы и утка выбирают, преимущественно, из стеклонитей или из базальтовых нитей. Комплексные стеклонити и комплексные базальтовые нити используют некрученые в виде ровинга либо подкрученные.
В другом варианте геосетку можно изготовить путем комбинирования по основе и по утку разнородных нитей из полимерных или из природных минеральных материалов.
Полезная модель иллюстрируется фигурой 1 и примерами.
На фигуре 1 показана структура заявленной дорожной геосетки, образованной наложением двух взаимно пересекающихся систем нитей основы 1 и утка 2 с получением плоского сетчатого материала с квадратными ячейками размером 25×25 мм. Причем нити основы 1 проложены равномерно через расстояние, соответствующее ширине ячейки геосетки, и выполнены с линейной плотностью больше, чем нити утка 2.
Над изображением геосетки показано условное изображение шины 4 грузового транспортного средства, причем ширина профиля 5 шины 4 больше ширины ее протектора 6.
Для дополнительного армирования геосетки в продольном направлении через расстояние 100 мм кратное четверной ширине ячейки проложены нити 3 с повышенной линейной плотностью по отношению к остальным нитям основы. Расстояние 100 мм между нитями 3 с повышенной линейной плотностью меньше минимальной ширины протектора шины 4 транспортного средства (которая составляет 154×0,7=108 мм для легкой диагональной шины грузового автомобиля).
Пример 1.
Изготовили дорожную геосетку для грунтового покрытия вдольтрассовой дороги, проложенной вдоль газопровода.
Геосетку изготовили с использованием основовязальной машины в виде плоского сетчатого материала, образованного наложением двух взаимно пересекающихся систем нитей основы и утка, с провязыванием места пересечений нитей основы и утка с помощью прошивных нитей. В качестве нитей основы использовали вытянутые полиэфирные нити толщиной 167 текс, трощеные в 6 нитей с получением комплексной нити толщиной 167×6=1002 текс. В качестве нитей утка используют полиэфирные нити толщиной от 220 текс, трощеные в три нити и подкрученные с получением комплексной нити толщиной 660 текс, а в качестве прошивных нитей используют полиэфирные текстурированные и/или пневмосоединенные нити толщиной 37,2 текс. Нити основы проложены равномерно через расстояние, соответствующее ширине ячейки геосетки 50 мм.
При этом для дополнительного армирования в продольном направлении через расстояние 100 мм (кратное двойной ширине ячейки) проложены нити основы с повышенной в 2 раза линейной плотностью 2004 текс.(1002×2=2004 текс). Расстояние 100 мм менее ширины протектора диагональной шины грузового автомобиля выбрано по ГОСТ Р 52899-2007. (Согласно указанному ГОСТ Р 52899-2007 ширина профиля легкой диагональной грузовой шины составляет от 154 до 218 мм).
Геосетку использовали для армирования насыпи грунтовой дороги, возведенной на переувлажненных грунтах.
Применение геосетки заявленной структуры показало повышение прочности и несущей способности дорожного покрытия в весенний и осенний период эксплуатации.
Пример 2
Изготовили дорожную геосетку для грунтового покрытия промысловой технологической дороги.
Геосетку изготовили с использованием основовязальной машины в виде плоского сетчатого материала с квадратными ячейками 32×32 мм, образованного наложением двух взаимно пересекающихся систем нитей основы и утка, с прошивкой места пересечения нитей основы и утка с помощью прошивных пневмосоединенных нитей толщиной 17,7 текс. В качестве нитей основы использовали вытянутые полипропиленовые нити толщиной 111 текс, трощеные в 9 нитей и подкрученные с получением комплексной нити толщиной 999 текс. В качестве нитей утка используют полипропиленовые нити толщиной от 220 текс, трощеные в 4 нити и подкрученные с получением комплексной нити толщиной 880 текс. Нити основы проложены равномерно через расстояние, соответствующее ширине ячейки геосетки 32 мм.
При этом для дополнительного армирования в продольном направлении через расстояние 96 мм (32×3=96 мм) проложены нити основы с повышенной в 3 раза линейной плотностью 2997 текс.(999×3=2997 текс). Расстояние 96 мм менее ширины протектора диагональной шины грузового автомобиля выбрано по ГОСТ Р 52899-2007. (Согласно указанному ГОСТ Р 52899-2007 ширина профиля легкой диагональной грузовой шины составляет от 154 до 228 мм. Минимальная ширина протектора, взаимодействующего с дорожным покрытием, составляет 154×0,7=107,8 мм). Геосетку использовали для армирования насыпи грунтовой дороги, возведенной на переувлажненных грунтах. Применение геосетки заявленной структуры показало повышение прочности и несущей способности дорожного покрытия промысловой дороги при круглогодичной эксплуатации.
Пример 3
Изготовили дорожную геосетку для грунтового покрытия подъездной дороги к буровой площадке.
Геосетку изготовили с использованием основовязальной машины в виде плоского сетчатого материала с квадратными ячейками 20×20 мм, образованного наложением двух взаимно пересекающихся систем нитей основы и утка, с проклейкой места пересечения нитей основы и утка. В качестве нитей основы использовали стеклонити толщиной 136 текс, трощеные в 6 нитей с получением комплексной нити толщиной 816 текс.(136×6=816 текс). В качестве нитей утка используют полипропиленовые нити толщиной от 220 текс, трощеные в 3 нити и подкрученные с получением комплексной нити толщиной 660 текс. Нити основы проложены равномерно через расстояние, соответствующее ширине ячейки геосетки 20 мм.
При этом для дополнительного армирования в продольном направлении через расстояние 100 мм (равное пятикратной ширине ячейки) проложены нити основы с повышенной в 1,5 раза линейной плотностью (816×1,5=1224 текс). Расстояние 100 мм менее ширины протектора диагональной грузовой шины автомобиля выбрано по ГОСТ Р 52899-2007. (Согласно указанному ГОСТ Р 52899-2007 минимальная ширина профиля легкой грузовой шины составляет 154 мм, а ширина протектора - 108 мм).
Применение геосетки заявленной структуры показало повышение прочности и несущей способности дорожного покрытия подъездной дороги при круглогодичной эксплуатации.
Пример 4
Изготовили дорожную геосетку для ремонта грунтового покрытия вдольтрассовой дороги.
Геосетку изготовили с использованием основовязальной машины в виде плоского сетчатого материала с прямоугольными ячейками 45×50 мм, образованного наложением двух взаимно пересекающихся систем нитей основы и утка, с провязыванием места пересечения нитей основы и утка. В качестве нитей основы использовали базальтовые нити толщиной 675 текс, трощеные в 9 нитей с получением комплексной нити толщиной 675×9=6075 текс. В качестве нитей утка используют такие же полиэфирные нити толщиной 675×7=4725 текс. Нити основы проложены равномерно через расстояние, соответствующее ширине ячейки геосетки 45 мм.
При этом для дополнительного армирования в продольном направлении через расстояние 90 мм проложены нити основы с повышенной в 2 раза линейной плотностью (6075×2=12150 текс). Расстояние 90 мм менее ширины протектора диагональной грузовой шины автомобиля выбрано по ГОСТ Р 52899-2007. (Согласно указанному ГОСТ Р 52899-2007 минимальная ширина профиля легкой диагональной грузовой шины составляет 154 мм, а ширина протектора - 108 мм).
Применение геосетки заявленной структуры показало после ремонта вдольтрассовой дороги повышение прочности и несущей способности дорожного покрытия при круглогодичной эксплуатации.
Пример 5
Изготовили дорожную геосетку со стороной квадратной ячейки 15 мм для грунтового дорожного покрытия, как описано в примере 1.
При этом для дополнительного армирования в продольном направлении через расстояние 90 мм проложены нити основы с повышенной в 5 раз линейной плотностью 3340 текс.(668×5=3340 текс). Расстояние 90 мм менее ширины протектора диагональной шины легкого грузового автомобиля выбрано по ГОСТ Р 52899-2007, минимальная ширина которой составляет 154 мм, а соответствующая ширина протектора - 108 мм.
Применение геосетки заявленной структуры показало эффективное повышение прочности и несущей способности дорожного покрытия в весенний и осенний период эксплуатации.
Пример 6.
Изготовили дорожную геосетку для грунтового покрытия вдольтрассовой дороги, проложенной вдоль промыслового трубопровода. Дорожное покрытие рассчитано на передвижение большегрузного транспорта.
Геосетку изготовили с использованием основовязальной машины в виде плоского сетчатого материала, образованного наложением двух взаимно пересекающихся систем нитей основы и утка, с провязыванием места пересечений нитей основы и утка с помощью прошивных нитей. В качестве нитей основы использовали вытянутые полиэфирные нити толщиной 167 текс, трощеные в 4 нити с получением комплексной нити толщиной 167×4=668 текс. В качестве нитей утка используют полиэфирные нити толщиной от 220 текс, трощеные в три нити и подкрученные с получением комплексной нити толщиной 660 текс, а в качестве прошивных нитей используют полиэфирные текстурированные и/или пневмосоединенные нити толщиной 37,2 текс.Нити основы проложены равномерно через расстояние, соответствующее ширине ячейки геосетки 2,5 мм.
При этом для дополнительного армирования в продольном направлении через расстояние 100 мм (равное 40-кратной ширине ячейки) проложены нити основы с повышенной в 4 раза линейной плотностью 2672 текс.(668×4=2672 текс). Расстояние 100 мм менее ширины протектора диагональной шины грузового автомобиля выбрано по ГОСТ Р 52899-2007. (Согласно указанному ГОСТ Р 52899-2007 ширина профиля легкой диагональной грузовой шины составляет от 154 до 218 мм, а грузовые шины большегрузных машин имеют ширину профиля от 213 до 425 мм).
Геосетку использовали для армирования насыпи грунтовой дороги, возведенной на переувлажненных грунтах.
Применение геосетки заявленной структуры показало повышение прочности и несущей способности дорожного покрытия в весенний и осенний период эксплуатации при использовании большегрузного транспорта.