МЕТАЛЛОКАРКАСНАЯ ДОРОЖНАЯ КОНСТРУКЦИЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области дорожного строительства и может быть использована при строительстве дорог, имеющих переувлажненные основания, или при строительстве в особых условиях, например на слабых и сильнопучинистых грунтах.
Известна автомобильная дорога [1. Свидетельство на полезную модель RU № 61297, опубликовано 27.02.2007 г., МПК E01C 3/00]. Конструкция этой дороги состоит из кювета и насыпи, при этом в тело насыпи уложены деревья и порубочные остатки в виде сучьев и кустарников. Конструкция такой автомобильной дороги является простой и технологически быстровозводимой. Однако эта конструкция не обеспечивает длительную эксплуатацию такой дороги, как при сезонных колебаниях температур, так и при больших постоянных динамических нагрузках, особенно, если она выполнена на слабых и сильнопучинистых грунтах.
Известно сборно-разборное покрытие для ремонта трубопроводов на болотах [2. Патент на изобретение РФ №1622484, 5МПК E01C 9/08, опубликовано 23.01.1991]. Это сборно-разборное покрытие содержит настил, выполненный из поперечных элементов, закрепленных по концам между верхним и нижним продольными элементами. Продольные элементы объединены по длине с обжатием стягивающим приспособлением. Покрытие снабжено надувными камерами (демпфирующий слой), расположенными под поперечными элементами в зонах стыков продольных элементов. Каждая опорная стойка выполнена по длине составной и состоит из телескопически соединенных с возможностью фиксации секций. При этом одна из секций неподвижно прикреплена к продольным элементам, а другая секция выполнена с анкерным наконечником на свободном конце.
Такая сборно-разборная конструкция покрытия, предназначенная для проведения ремонтных работ в условиях заболоченной местности, является технологически быстровозводимой. Эта конструкция позволяет при нагрузке частично перераспределять давление между стойками и надувными камерами (демпфирующим слоем), что уменьшает вертикальную нагрузку на опорные стойки (сваи). Кроме того, одна из секций телескопической сваи, снабженная анкерным наконечником, обеспечивает устойчивость конструкции и дополнительную несущую способность за счет увеличения опорной площади.
Однако данное сборно-разборное покрытие является временной конструкцией, используемой для ремонта трубопроводов на болотах, и не способно воспринимать большие длительные динамические нагрузки, характерные для дорожных конструкций. Кроме того, использование не защищенных от механических повреждений надувных камер, не обеспечивает также длительную эксплуатацию этой конструкции, как при сезонных колебаниях температур, так и при больших постоянных динамических нагрузках.
Известна свайно-эстакадная дорожная конструкция [3. Патент РФ на полезную модель №88359, опубликован 10.11.2009, МПК E01C 9/00, E01C 3/00], которая является наиболее близкой к заявляемой полезной модели и взята за прототип для обоих вариантов. Эта дорожная конструкция содержит опорные стойки, на которые опираются поперечные элементы, выполненные в виде ригелей. На ригели уложены продольные элементы, на которых размещено дорожное полотно. Под дорожным полотном размещен с опиранием на грунт демпфирующий слой, выполненный из пенополимера. Опорные стойки выполнены в виде заключенной в обсадную трубу винтовой сваи, заглубленной ниже уровня промерзания грунта. Верхний конец винтовой сваи снабжен устройством для регулирования высоты дорожного полотна. Продольные элементы выполнены составными, соединенными с помощью накладных пластин, или выполнены в виде металлических двутавровых балок. Дорожное полотно выполнено из дорожных или аэродромных плит.
Эта дорожная конструкция позволяет обеспечить высокие эксплуатационные качества дорожной конструкции ее прочность, надежность, ровность и динамическую устойчивость. Однако эта конструкция не исключает деформационного влияния пучения грунтов и, как следствие, неравномерной деформации дорожного полотна, поскольку все основные нагрузки в данной свайно-эстакадной конструкции воспринимаются свайным основанием и частично демпфирующим слоем. Кроме этого, выполнение дорожного полотна из тяжелых аэродромных плит создает дополнительные нагрузки на свайное основание и усложняет технологию строительных работ за счет повышения трудоемкости (изготовление дорожных плит вне строительной площадки, их транспортировка к месту строительства и укладка).
Задачей полезной модели для обоих вариантов является обеспечение высоких эксплуатационных качеств металлокаркасной дорожной конструкции, возводимой на слабых и сильнопучинистых грунтах, при одновременном снижении трудоемкости.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи для обоих вариантов, заключается в снижении нагрузки на свайное основание и обеспечении дополнительной защиты дорожного полотна от деформационного влияния пучения грунтов и их неравномерного оттаивания.
Поставленная задача и технический результат по первому варианту достигаются тем, что металлокаркасная дорожная конструкция, как и прототип, содержит опорные стойки в виде свай, продольные и поперечные элементы; дорожное полотно и демпфирующий слой.
В отличие от прототипа по первому варианту полезной модели продольные элементы уложены в два ряда, выполненных из бревен, скрепленных между собой металлической сеткой. Нижний ряд расположен под демпфирующим слоем с опиранием на грунт. Верхний ряд расположен над демпфирующим слоем между поперечными элементами, выполненными в виде двутавров. Сваи снабжены оголовками, на которых жестко закреплены двутавры. Оголовки имеют возможность вертикального перемещения. Дорожные полотно по первому варианту состоит из выравнивающего слоя и асфальто-битумного покрытия, выполненного на выравнивающем слое. Выравнивающий слой выполнен из высокопрочного полимера и размещен на металлической сетке верхнего ряда продольных элементов.
В частных случаях выравнивающий слой выполнен из высокопрочного пенопласта. Демпфирующий слой выполнен из пенопласта. Продольные элементы нижнего и верхнего рядов выполнены из бревен лиственницы. Металлическая сетка закреплена на продольных элементах нижнего и верхнего рядов с помощью скоб. Сваи выполнены винтовыми или висячими. Продольные элементы (бревна) верхнего ряда сверху выполнены обрезными. Асфальто-битумное покрытие выполнено из асфальто-битумной эмульсии и расположено на проезжей части дорожного полотна.
Поставленная задача и технический результат по второму варианту достигаются тем, что металлокаркасная дорожная конструкция, как и прототип, содержит опорные стойки в виде свай, продольные и поперечные элементы; дорожное полотно и демпфирующий слой.
В отличие от прототипа по второму варианту полезной модели продольные элементы уложены в два ряда. Нижний ряд выполнен из бревен, скрепленных между собой металлической сеткой, и расположен под демпфирующим слоем с опиранием на грунт. Верхний ряд выполнен из бревен и расположен над демпфирующим слоем между поперечными элементами, выполненными в виде двутавров. Сваи снабжены оголовками, на которых жестко закреплены двутавры. Оголовки, имеют возможность вертикального перемещения. Дорожное полотно по второму варианту состоит из выравнивающего слоя и проезжей части в виде металлического настила. Выравнивающий слой выполнен из досок. Доски уложены сверху бревен верхнего ряда под углом к ним и закреплены на них.
В частных случаях демпфирующий слой выполнен из пенопласта. Продольные элементы нижнего и верхнего рядов выполнены из бревен лиственницы. Металлическая сетка закреплена на продольных элементах нижнего ряда с помощью скоб. Металлический настил проезжей части выполнен перфорированным. Сваи выполнены винтовыми или висячими. Доски выравнивающего слоя выполнены из лиственницы. Бревна верхнего ряда сверху выполнены обрезными.
Совокупность существенных признаков по первому и второму вариантам в источниках информации заявителями не обнаружена, что позволяет сделать вывод о наличии соответствия полезной модели критерию «новизна».
Техническая суть полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 показана металлокаркасная дорожная конструкция по первому варианту. На фиг.2 показан разрез A-A металлокаркасной дорожной конструкции по первому варианту. На фиг.3 показана металлокаркасная дорожная конструкция по второму варианту.
Металлокаркасная дорожная конструкция по первому варианту фиг.1, 2 содержит опорные стойки 1, выполненные в виде винтовых или висячих свай с оголовками 2. На оголовке 2 жестко закреплены поперечные элементы, выполненные в виде двутавров 3. Между двутаврами 3 расположен верхний ряд, образованный из продольных элементов 4, скрепленных между собой металлической сеткой 5 с помощью скоб (на чертеже не показанных). Верхняя часть продольных элементов 4 может быть выполнена обрезной (на чертеже не показано). На сетку 5 уложен выравнивающий слой 6, выполненный из высокопрочного полимера, например, пенопласта. Сверху выравнивающего слоя 6 на проезжей части конструкции уложено асфальто-битумное покрытие 7. Металлокаркасная дорожная конструкция содержит также нижний ряд продольных элементов 8, выполненных из бревен, скрепленных металлической сеткой 9. Между нижним рядом продольных элементов 8 и верхним рядом продольных элементов 4 расположен демпфирующий слой 10. Позицией 11 показана просадка дорожного полотна под действием нагрузки.
Второй вариант металлокаркасной дорожной конструкции, изображенный на фиг.3, содержит опорные стойки 1, выполненные в виде винтовых или висячих свай с оголовками 2. На оголовке 2 жестко закреплены поперечные элементы, выполненные в виде двутавров 3. Между двутаврами 3 расположен верхний ряд, образованный из продольных элементов 4. Верхняя часть продольных элементов 4 может быть выполнена обрезной (на чертеже не показано). На продольные элементы 4 под углом к ним уложен выравнивающий слой 12, выполненный из досок лиственницы. Доски лиственницы закреплены на бревнах с помощью нагелей. Сверху выравнивающего слоя 12 выполнена проезжая часть в виде металлического настила 13. Нижний ряд продольных элементов 8 выполнен из бревен скрепленных металлической сеткой 9. Между нижним рядом продольных элементов 8 и верхним рядом продольных элементов 4 расположен демпфирующий слой 10. Позицией 11 показана просадка дорожного полотна под действием нагрузки.
Возведение и работа металлокаркасной дорожной конструкции рассмотрена на конкретном примере. Сначала возводят металлический каркас из свай и двутавров. Для этого на подготовленном земельном основании устанавливают опорные стойки в виде винтовых свай 1, используя универсальные бурильные машины УБМ-85. На сваю 1 устанавливают оголовок 2. На оголовках 2 жестко закрепляют двутавры 3, например, с помощью сварки. Затем на грунте создают нижний ряд из уложенных в продольном направлении бревен лиственницы. В качестве бревен 8 используют нетоварную древесину диаметром 10-15 см. На бревна 8 накладывают металлическую сетку 9 с диаметром 10-12 мм, которую закрепляют с помощью скоб, по крайней мере, в двух местах каждого бревна 8. На полученной поверхности создают демпфирующий слой 10 из пенопласта либо заливкой вспененным полимером, либо укладкой готовых пенополимерных плит. Высота демпфирующего слоя 10 определяется высотой оголовка 2, техническими характеристиками грунта и нагрузкой на дорожное полотно. На демпфирующем слое 10 создают второй ряд из продольных элементов 4., выполненных из бревен лиственницы, имеющих диаметр 15-20 мм. Верхние стороны продольных элементов 4, могут быть выполнены обрезными с верхней стороны.
По первому варианту на продольные элементы 4 укладывают металлическую сетку 5, которую закрепляют так же, как в нижнем ряду, с помощью скоб. На металлической сетке 5 создают выравнивающий слой 6 из высокопрочного пенопласта. На выравнивающем слое 6 выполняют асфальто-битумное покрытие 7, используя асфальто-битумную эмульсию.
По второму варианту конструкции на продольные элементы 4 укладывают выравнивающий слой 12 из досок лиственницы толщиной 40 мм. Доски укладывают под углом к продольным элементам 4 и закрепляют их с помощью нагелей, по крайней мере, в двух местах. На выравнивающем слое 12 размещают металлический настил 13 из перфорированных металлических листов толщиной 20 мм.
Металлокаркасная дорожная конструкция может быть выполнены непосредственно на строительной площадке или в заводских условиях, путем изготовления отдельных модулей размером 6x6 м с последующей сборкой из них металлокаркасной дорожной конструкции. В процессе возведения дорожной конструкции и после его завершения каждый модуль проходит испытание на проектную нагрузку. При максимальной (проектной) загрузке вступает в работу оголовок 2. Это обеспечено наличием просадочного расстояния 11. При этом оголовок 2 передает не менее 50% нагрузки от дорожного полотна на грунт, а оставшуюся часть нагрузки принимает на себя свая 1.
Полезная модель в обоих вариантах обеспечивает дополнительную защиту дорожного полотна от деформационного влияния пучения грунтов и их неравномерного оттаивания за счет дополнительно введенного ряда, выполненного из бревен 8, уложенных непосредственно на грунт под демпфирующим слоем 10. При этом динамические нагрузки дорожного полотна воспринимаются не только опорными стойками, но и равномерно перераспределяется на все элементы дорожной конструкции. Тем самым обеспечиваются высокие эксплуатационные качества металлокаркасной дорожной конструкции, возводимой на слабых и пучинистых грунтах. В случае сильно пучинистых грунтов нижнее напряжение от пучения грунта гасится за счет всех слоев дорожной конструкции. В случае необходимости (при наличии остаточных напряжений) вступает в работу оголовок 2, который воспринимает оставшиеся напряжения от пучения грунтов.
Выполнение дорожной конструкции по обоим вариантам обеспечивает более высокие эксплуатационные качества также за счет более ровного дорожного полотна, благодаря наличию выравнивающего слоя 6 фиг.1 и 12 фиг.3. За счет использования более легких элементов (нетоварная древесина) снижается трудоемкость возведения дорожной конструкции. Полезная модель является промышленно применимой. Строительство дорожной конструкции может быть осуществлено с помощью серийной техники и материалов российского производства и отходов лесной промышленности.