УСТРОЙСТВО ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ

Относится к области строительства и может быть использовано для сооружения дорожных одежд низших категорий (III-V) для объектов сельскохозяйственного назначения.
i
1
1
Известна «Конструкция дорожной одежды» по патенту РФ №2399715 от 20.09.2010 г., МПК Е01С7/00 - [1], состоящая из многослойного основания, включающего дренирующий слой и два слоя несущего материала, и верхнего и нижнего слоев асфальтобетонного покрытия. Толщины слоев дорожной одежды подобраны в соответствии с толщиной и плотностью верхнего слоя асфальтобетонного покрытия, а также плотностью соответствующего слоя по следующей функциональной зависимости: , где i - порядковый номер слоя; ρ - плотность 1-го слоя; h и ρ - толщина и плотность верхнего слоя покрытия.
Недостатком данной конструкции является применение двух слоев асфальтобетонного покрытия, так как это сильно удорожает стоимость строительства автодорог и проездов сельскохозяйственного назначения.
В настоящее время сеть сельских автомобильных дорог переходного и низшего типов, в частности, в Северо-Западном федеральном округе находится в неразвитом состоянии. Строительство же автомобильных дорог с твердым покрытием является экономически невыгодным. Поэтому, учитывая, что нерудные материалы находят широкое применение в строительстве автодорог и проездов устройство дорожных одежд с покрытием из нерудных материалов решило бы задачу использования дорожной одежды с необходимым сроком службы и минимальными затратами.
Известно устройство дорожной одежды, позволяющие добиться увеличения прочности и долговечности дорожной одежды, например, по патенту РФ №2040626 от 25.07.1995 г., МПК E01C 9/00, E01C 7/00, «Способ строительства автодорог» - [2], по которому выполняют искусственные сооружения: канавы и водоотводные устройства - ведут подготовку земляного полотна путем формирования продольного и поперечного профилей дороги с возведением насыпей и выемок, выполняют подстилающий слой из песка и устраивают покрытие. При этом подстилающий слой в подтапливаемых местах выполняют из песка высотой 50-60 см от максимального уровня грунтовых и паводковых вод, а в неподтапливаемых местах - 30-40 см, при этом покрытие выполняют из глины или суглинка толщиной 10-15 см, сверху которого укладывают дополнительный слой песка фракции 5-10 мм, толщиной 2-10 см, после чего производят полив водой и укатку для образования связной скелетистой структуры, которая на 30-40% состоит из глинистых частиц, или покрытие выполняют из водоглинопесчаной смеси, на слой которой наносят слой песка фракции 0,5-10 мм, высотой 10-20 мм, после чего производят укатку для образования связной скелетистой структуры, которая на 30-40% состоит из глинистых частиц.
Основным недостатком аналога [2] является отсутствие в дорожной одежде армирующего геосинтетического материала, что приведет к образованию колейности. Кроме того, покрытие дорожной одежды выполняется из глины или суглинка, что снижает долговечность дорожного покрытия.
3
Известно «Устройство дорожной одежды» по патенту на полезную модель РФ №89121 от 27.11.2009 г., МПК E01C 7/00 - [3], состоящее из верхнего несущего слоя дорожного покрытия и основания, содержащего слой армированного монолитного пенобетона, отличающееся тем, что массив пенобетона армирован дискретно. При этом пенобетон имеет плотность 200-1200 кг/м, и может быть армирован фиброволокнами или кусковым материалом. Верхний несущий слой дорожного покрытия может быть выполнен из щебеночно-мастичного асфальтобетона. Над слоем пенобетона и верхним слоем дорожного покрытия может быть помещен слой гидро-полимер-цементогрунта, а между слоем пенобетона и слоем щебеночно-мастичного асфальтобетона помещен слой литого асфальтобетона. Пенобетон может содержать минеральные наполнители или органические наполнители. Пенобетон может быть уложен на геосинтетический материал или наоборот.
Недостатком аналога [3] является высокая стоимость дорожной одежды из-за применения в качестве основания слоя армированного монолитного пенобетона. Кроме того, монолитный пенобетон не является местным строительным материалом и его доставка на место строительства также приведет к увеличению стоимости дорожной одежды. Соответственно, использование такого типа дорожной одежды требует существенных временных и материальных затрат.
Известно «Устройство дорожной одежды» по патенту РФ №57291 от 10.10.2006 г., МПК E01C 7/00, - [4], содержащее верхние слои асфальтобетонного покрытия, промежуточный слой щебня и нижний слой, выполненный из георешетки ячеистой конструкции из соединенных между собой швами полимерных полос, ячейки которой заполнены зернистым материалом, отличающееся тем, что верхние слои асфальтобетонного покрытия выполнены из крупнозернистого асфальтобетона, размещенного на промежуточном слое щебня, и мелкозернистого асфальтобетона, размещенного на слое крупнозернистого асфальтобетона, а в качестве зернистого материала, которым заполнены ячейки георешетки, использован песок, и/или щебень, и/или гравий, причем толщина слоя из мелкозернистого асфальтобетона составляет от 30 до 100 мм, толщина слоя из крупнозернистого асфальтобетона составляет от 60 до 150 мм, толщина промежуточного слоя щебня составляет от 80 до 300 мм, а толщина нижнего слоя, выполненного из георешетки ячеистой конструкции из соединенных между собой швами полимерных полос, ячейки которой заполнены зернистым материалом, составляет от 100 до 200 мм. Песок или щебень, заполняющий объемную георешетку, может быть уплотнен с коэффициентом уплотнения не менее 0,9. Георешетка может быть выполнена перфорированной. Устройство дорожной одежды может дополнительно содержать слой подложки из геотекстиля и/или песка, размещенный под нижним слоем. Слой из песка может быть выполнен толщиной от 10 до 600 мм.
Недостаток аналога [4] - это покрытие дорожной одежды из асфальтобетона, использование которого при устройстве дорожных одежд для объектов сельскохозяйственного назначения экономически нецелесообразно. Также армирование дорожной одежды объемной геосинтетической решеткой значительно увеличивает толщину нижнего слоя дорожной одежды.
Известно «Устройство дорожной одежды» по патенту РФ №2385979 от 10.04.2010 г., МПК Е01С9/08, E01C 7/00, - [5], состоящее из верхнего слоя из зернистого материала и нижнего слоя, выполненного из георешетки ячеистой конструкции, ячейки которой заполнены зернистым материалом. В качестве зернистого материала применен кубический полнотелый глиняный обожженный кирпич со сторонами граней 70-110 мм, который изготовлен с добавками, повышающими его прочность, влагоустойчивость и морозоустойчивость.
Главным недостатком аналога [5] является использование в качестве покрытия кирпичного боя, его не выгодно использовать в составе постоянной автомобильной дороги. Учитывая, что прочность обожженных глиняных кирпичей значительно ниже, чем щебня, в процессе эксплуатации дорожное покрытие придет в негодное состояние, будет образовываться колейность.
Учитывая, что одной из актуальных проблем дорожного комплекса некоторых регионов (например, Ленинградской области) является нехватка необходимого количества внутрихозяйственных дорог и низкое техническое состояния внутрихозяйственных дорог категории III-с (по СНиП 2.05.11-83 «Внутрихозяйственные автомобильные дороги в колхозах, совхозах и других сельскохозяйственных предприятиях и организациях» - [6]), возникает необходимость в создании дорожных одежд с покрытием из нерудных материалов с необходимым сроком службы и минимальными затратами для использования на объектах сельскохозяйственного назначения.
Следовательно, задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства дорожной одежды, обеспечивающего длительный срок службы при минимальных экономических затратах.
Достигаемый технический результат выражается в увеличении срока службы дорожной одежды за счет определенного соотношения высоты покрытия и нижнего слоя в зависимости от максимально возможного воздействия автотранспорта на автодорогу на конкретном участке, что приводит к увеличению относительной ровности верхнего слоя дорожной одежды, что в свою очередь влияет на однородность нагрузки на основание и уменьшение затрат на строительство в результате применения в качестве покрытия зернистого материала.
Известно «Устройство дорожной одежды (варианты)» по патенту РФ на полезную модель №55791 от 27.08.2006 г., МПК E01C 7/00 - [7], состоящее из верхнего слоя из зернистого материала, под которым находится объемная георешетка ячеистой конструкции, ячейки которой заполнены зернистым материалом и нижнего слоя из песка, распложенного на уплотненном грунте.
Недостатком прототипа является использования георешетки ячеистой структуры, что значительно увеличивает толщину конструкции дорожной одежды и, соответственно, снижает экономическую эффективность ее применения.
Прототипом заявляемого изобретения является устройство дорожной одежды по патенту РФ на полезную модель №72487 от 20.04.2008 г., МПК E01C 9/08, E01C 21/00, E01C 23/12 - [8], состоящую из верхнего слоя из зернистого материала, георешетки и нижнего слоя из песка, расположенного на уплотненном грунте. В качестве верхнего слоя из зернистого материала применен уплотненный щебень, под которым расположена плоская трехосная георешетка из синтетического материала, нижний слой из состоит из уплотненного песка.
Недостатком прототипа дорожной одежды является то, что в нем не приведены толщины слоев компонентов дорожной одежды и размеры граней георешетки, что существенно затрудняет сооружение дорожной одежды.
Недостатки аналогов и прототипа ставит задачи нахождения оптимальных толщин слоев дорожной одежды, размеров фракций щебня и размеров граней георешетки для повышения эффективности строительства автомобильных дорог и проездов, а также для удешевления строительства.
Указанная задача решается (сущность изобретения) тем, что в устройстве дорожной одежды, состоящей из верхнего слоя из зернистого материала, георешетки и нижнего слоя, расположенного на уплотненном грунте в качестве верхнего слоя из зернистого материала применен уплотненный щебень фракции 20-40 мм (например, по ГОСТ 8267-93 - [9]) толщиной 80-120 мм, под которым расположена плоская трехосная георешетка с размерами граней 10-15 мм из полипропилена, нижний слой из уплотненного песка средней крупности (например, по ГОСТ 8736-93 - [10]), толщиной 150-260 мм.
На фиг. 1 представлен схематичный вид заявляемого устройства дорожной одежды в разрезе.
На фиг. 2 - график вертикального смещения W поверхности для неармированной дорожной одежды.
На фиг. 3 - график вертикального смещения W поверхности для армированной плоской трехосной георешеткой дорожной одежды по заявляемому техническому решению.
Устройство дорожной одежды состоит из верхнего слоя 1 из уплотненного щебня фракции 20-40, плоской трехосной георешетки 2 с размерами граней 10-15 см (например из полипропилена) и уплотненного песка 3 средней крупности, располагающемся на уплотненном грунте 4.
Заявляемое устройство дорожного покрытия осуществляют следующим образом: первоначально подготавливают земляное основание, а именно: срезают растительный слой грунта, выполняют необходимые досыпки и срезы грунта в зависимости от его рельефа, и проводят уплотнение земляного основания (грунта 4), например, при помощи виброкатков. Далее производят засыпку на уплотненный грунт 4 песка средней крупности с последующим его уплотнением до образования слоя уплотненного песка 3, на который укладывают плоскую трехосную георешетку 2 с размерами граней 10-15 см, например из полипропилена. После чего сверху засыпают слой щебня фракции 20-40 и проводят его уплотнение, например, с помощью тех же виброкатков.
В результате математического моделирования данной конструкции дорожной одежды решение задачи определения влияния армированной прослойки из плоской трехосной георешетки с размерами граней 10-15 мм из полипропилена на прочность конструкции представляется подынтегральными выражениями, которые формируются с использованием следующих величин:
,
,
,
,
В результате проведенных расчетов указанных выше выражений для неармированной и армированной дорожной одежды, были получены графики поверхности вертикального смещения W, исходя из которых видно, что вертикальное смещение в случае армированной дорожной одежды почти в 2 раза меньше, чем в случае с неармированной дорожной одеждой. Из этого следует, что применение плоской трехосной георешетки с размерами граней 10-15 мм из полипропилена является эффективным армирующим элементом дорожной одежды.
Так, при проведении испытаний предложенного технического решения для максимальной нагрузки на дорожную одежду 3,21 Мпа, верхний слой из зернистого материала состоял из уплотненного щебеня фракции 20-40 мм толщиной 100 мм. Плоская трехосная георешетка из синтетического материала (из полипропилена) имела размеры граней 10-15 мм. Нижний слой состоял из уплотненного песка средней крупности, толщиной 200 мм.
Применение в качестве покрытия дорожной одежды уплотненного щебня фракции 20-40 мм необходимо для того, чтобы уменьшить стоимость дорожной одежды, так как применение в качестве покрытия дорожной одежды твердых строительных материалов (пенобетон, асфальтобетон, бетонные плиты) увеличивает стоимость строительства дорожной одежды. Кроме того, появляется возможность строительства дорог в местах полного отсутствия материалов для производства твердых покрытий, транспортировка которых из других регионов повышает стоимость строительства дорог до экономической нецелесообразности их строительства.
При этом увеличение толщины верхнего слоя из уплотненного щебня фракции 20-40 мм более чем на 120 мм ведет к перерасходу материала и соответственно к увеличению стоимости дорожной одежды, а уменьшение менее 80 мм приведет к снижению прочностных характеристик дорожной одежды.
Применение плоской трехосной георешетки с размерами граней 10-15 мм (например из полипропилена) необходимо для армирования конструкций дорожной одежды и недопущения перемешивания щебня с песком, что увеличивает прочность конструкции, не позволяет образовываться колейности. Применение объемных георешеток увеличивает толщину дорожной одежды, что увеличивает ее материалоемкость и стоимость. Плоская трехосная георешетка с размерами граней 10-15 мм из полипропилена служит прослойкой между основными слоями, основанием и покрытием и препятствует смешиванию покрытия с нижележащим слоем, что благоприятно сказывается на повышении долговечности эксплуатации верхнего слоя из уплотненного щебня фракции 20-40.
Применение в качестве нижнего слоя уплотненного песка средней крупности, толщиной 150-260 мм необходимо для того, чтобы основание под плоскую трехосную георешетку было плотным и не позволяло конструкции дорожной одежды проседать в процессе эксплуатации.
Заявляемое техническое решение позволит сооружать дорожные одежды III-V категории для объектов сельскохозяйственного назначения (с использованием армирующего геосинтетического материала и покрытием - зернистым материалом из уплотненного щебня фракции 20-40 толщиной 80-120 мм). Это увеличит скорость сооружения дорожных одежд и значительно снижает толщину покрытий, что соответствует современным (высоким) требованиям. И самое главное появляется экономически выгодная возможность сооружения таких дорог в местах дефицита или полном отсутствии материалов для устройства твердого покрытия дорожной одежды.
Конкретные толщины верхнего слоя из уплотненного щебня фракции 20-40 мм, а также нижнего слоя из уплотненного песка средней крупности зависят от расчетной нагрузки транспортных средств на дорожную одежду.
Реализация устройства дорожной одежды, согласно с оптимизированным признаками заявляемой формулы изобретения является новым для устройств дорожных одежд, что соответствует критерию "новизна".
Внедрение предложенного устройства дорожной одежды с указанной совокупностью признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, отсюда следует соответствие критерию "промышленная применимость".
Литература
1. Патент РФ №2399715 20.09.2010 г., МПК E01C 7/00 «Конструкция дорожной одежды».
2. Патент РФ №2040626 от 25.07.1995 г., МПК E01C 9/00, E01C 7/00 «Способ строительства автодорог».
3. Патент РФ на полезную модель №89121 от 27.11.2009 г., МПК E01C 7/00, «Устройство дорожной одежды».
4. Патент РФ на полезную модель №57291 от 10.10.2006 г., МПК E01C 7/00, «Устройство дорожной одежды».
5. Патент РФ 2385979 от 10.04.2010 г., МПК E01C 9/08, E01C 7/00, «Устройство дорожной одежды».
6. СНиП 2.05.11-83 «Внутрихозяйственные автомобильные дороги в колхозах, совхозах и других сельскохозяйственных предприятиях и организациях».
7. Патент РФ на полезную модель №55791 от 27.08.2006 г., МПК E01C 7/00 «Устройство дорожной одежды (варианты)».
8. Патент РФ на полезную модель №72487 от 20.04.2008 г., МПК E01C 9/08, E01C 21/00, E01C 23/12, «Устройство для разборки временной дорожной одежды, армированной рулонным геосинтетическим материалом» - прототип.
9. ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ».
10. ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ», Технические условия.