Плита модульного дорожного покрытия для сборно-разборных временных дорог и площадок

Полезная модель относится к области дорожного строительства и может быть использована во всех областях народного хозяйства в качестве сборно-разборных дорожных покрытий при сооружении временных проездов и площадок на слабых грунтах, в том числе для посадки вертолётов, а также для строительства фундаментов на отсыпках под буровые установки и привышечные сооружения.
Из уровня техники известно техническое решение «Конструкция сборно-разборного настила, паллет настила и замок для соединения паллетов» по патенту RU 90802 U1, включающее слои продольно и поперечно установленных взаимосвязанных деревянных досок одинаковой длины, параллельно установленных в каждом слое, и снабженное боковыми и торцевыми фиксаторами, а также приспособлением для подъема, причем паллет снабжен прямоугольной рамой, внутри которой расположены слои досок, при этом рама образована продольными боковыми и поперечными торцевыми обоймами, каждая продольная обойма выполнена в виде швеллера, полки которого направлены во внутрь прямоугольной рамы, а торцевые поперечные обоймы выполнены из верхней и нижней полос, наружные продольные торцы которых соединены уголком, полка которого направлена наружу, концы продольных досок зафиксированы в пазах поперечных обойм, а концы поперечных досок зафиксированы в пазах продольных обойм, причем верхние полки обойм, предпочтительно в средней зоне, снабжены прямоугольными вырезами для установки досок, а в концевых зонах продольных обойм выполнены строповочные окна, при этом наружная боковая поверхность каждой стойки швеллера продольной обоймы рамы снабжена, по крайней мере, двумя фиксирующими элементами, а на наружных поверхностях полок уголка каждой торцевой обоймы рамы установлены как минимум два замковых элемента, на вертикальной полке уголка как минимум два упора, каждый из которых выполнен в виде разрезанного по образующим и горизонтально расположенного полуцилиндра и закрепленного в средней зоне полки разрезанными сторонами, а к концу второй горизонтальной полки закреплены соответственно зацепы, каждый из которых выполнен также в виде разрезанного по образующим полуцилиндра, расположенного горизонтально выпуклостью, направленной к упору, причем зацеп снабжен ребром жесткости.
Однако известное техническое решение, во-первых, не обладает необходимыми прочностными характеристиками вследствие использования в нем деревянных элементов - досок; во-вторых, используемые в конструкции вырезы для установки досок требуют дополнительных трудовых и временных затрат в изготовлении мата ввиду сложности подбора досок фиксированной толщины; в-третьих, конструктивные особенности замковых элементов требуют дополнительных трудовых и временных затрат как в изготовлении, так и при сооружении эксплуатируемых участков: в случае необходимости демонтажа невозможно вынуть один мат, требующий замены, не нарушив целостности конструкции площадки или дороги, вследствие особенности торцевых замковых элементов ⎯  ориентированности в противоположные стороны.
Также известно техническое решение «Конструкция металлодеревянная дорожная «Арктика» по патенту RU 109145 U1, содержащее секционную прямоугольную раму с вырезами для установки деревянных элементов, с выполнением продольных обойм рамы в виде швеллера, полки которого направлены во внутрь, настил, образованный слоями продольно и поперечно установленных внутри рамы взаимосвязанных деревянных элементов одинаковой длины, параллельно расположенных в каждом слое, и фиксацией концов деревянных элементов в пазах обойм, приспособления для подъема (строповочные окна) и зацепы для соединения конструкции с аналогичными конструкциями, причем поперечные обоймы рамы выполнены в виде швеллера, а внутренний каркас выполнен из металлических двутавровых балок, в качестве деревянных элементов применяют бруски из лиственницы, приспособления для подъема выполнены в виде металлических косынок с отверстиями для грузозахвата, закрепленных по углам рамы, к верхней поверхности полок продольных и поперечных швеллеров, а зацепы для соединения выполнены в форме уголков, соединенных внахлест с полками швеллера, и расположены на внешних продольных и поперечных сторонах каждой секции рамы, при этом полки зацепов закреплены на раме в местах расположения прямоугольных вырезов для установки деревянных элементов с возможностью экранирования вырезов, все металлические элементы конструкции выполнены с защитным покрытием.
Однако данная конструкция, во-первых, тяжелая вследствие использования в элементах каркаса двутавровых прокатных балок; во-вторых, используемые в конструкции вырезы для установки досок требуют дополнительных трудовых и временных затрат в изготовлении мата в ввиду сложности подбора брусков фиксированной толщины; в-третьих, приспособления для подъема, выполненные в виде металлических косынок, ненадежные и при производстве погрузочно-разгрузочных работ могут быть повреждены, что может привести к аварийным ситуациям; в-четвертых, конструктивные особенности замковых элементов не позволяют скрепить плиты в надежное эксплуатируемое полотно ⎯ плиты могут перемещаться вертикально относительно друг друга в случае подвижности грунтового основания.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой конструкции плиты для строительства дорог и площадок, является «Мат, предназначенный для обустройства временных дорог или использования на промышленной площадке» по патенту RU 113744 U1, включающий прямоугольную раму, образованную продольными боковыми и поперечными торцевыми обоймами, каждая продольная обойма выполнена в виде швеллера, полки которых направлены во внутрь прямоугольной рамы, а торцевые обоймы выполнены в виде сдвоенных швеллеров, полки которых направлены навстречу друг другу, причем рама содержит внутреннюю обойму, выполненную в виде двух швеллеров, ориентированных стойками друг к другу и расположенных параллельно продольным боковым обоймам, при этом внутри образованных секций расположены поперечно установленные параллельно друг другу деревянные брусья, на торцевых обоймах с внешней стороны выполнены, по меньшей мере, два замковых элемента, в свою очередь каждый замковый элемент выполнен в виде уголка, прикрепленного кромкой одной из полок к стойке торцевого швеллера, параллельно полкам торцевого швеллера, причем с каждого торца мата уголки ориентированы в противоположные стороны.
Недостатком данной конструкции является ненадежность замковых устройств, т.к. маты - плиты могут перемещаться вертикально относительно друг друга при подвижном грунтовом основании, при воздействии значительных динамических нагрузок от большегрузного транспорта и мобильных буровых установок, при воздействии значительных статических нагрузок от стационарных буровых и грузов.
Предлагаемая полезная модель решает техническую проблему по устранению указанных недостатков, а именно упрощает сборку/разборку полотна из плит и повышает надежность сцепления плит при их монтаже, при этом не допускает смещение плит относительно друг друга во время эксплуатации сборно-разборных временных дорог и площадок за счет конструкции рамы с замковыми устройствами.
Технический результат полезной модели заключается в исключении взаимных горизонтальных и вертикальных смещений плит, оперативном и безопасном монтаже плит, беспрепятственном демонтаже единичных плит и надежном эксплуатационном качестве покрытия плит.
Для решения указанной технической проблемы и достижения заявленного технического результата предлагается плита модульного дорожного покрытия для сборно-разборных временных дорог и площадок, состоящая из несущего древесного основания, выполненного из двухстороннего настила и обрамленного металлическим каркасом, на сторонах каркаса размещены половины замковых устройств для соединения с половинами замковых устройств другой плиты. Отличительной особенностью плиты является то, что внешние стороны каркаса имеют половины замковых устройств, выполненные в виде одного или более кронштейнов с соосными отверстиями, при этом замковые устройства дополнительно снабжены крепежными элементами, например, в виде пальца шарнира. Половины замковых устройств составляют единое целое с металлическим каркасом, при этом половины замковых устройств размещают на параллельных сторонах металлического каркаса так, чтобы центры устройств были расположены на одной осевой линии. Крепежный элемент может быть закреплен на металлическом каркасе и зафиксирован при расположении в кронштейнах шплинтом. Поверхности несущего древесного основания могут быть дополнительно покрыты полимерными настилами. Плита может быть снабжена не менее, чем одним, стягивающим элементом, закрепленным на металлическом каркасе и проходящим через несущее древесное основание. Металлический каркас плиты может содержать строповочные элементы.
Сущность технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами.
На Фиг.1 показана сборно-разборная плита, где:
1 – несущее древесное основание;
2 – металлический каркас;
3, 4 – половины замковых устройств;
5 – выемка в металлическом каркасе;
6 – основной швеллер металлического каркаса;
7 – торцевой швеллер металлического каркаса;
8 – сдвоенный швеллер.
Плита состоит из несущего древесного основания (1), выполненного из двухстороннего настила, и обрамленного металлическим каркасом (2). Настил выложен из пиломатериалов с минимальным зазором. На сторонах металлического каркаса размещены половины замковых устройств (3), (4) различной конструкции для соединения с соответствующими половинами замковых устройств другой плиты. Замковые половины устройства составляют единое целое с каркасом, причем с целью минимизации зазоров между плитами замковые устройства могут быть расположены в выемках каркаса (5). Металлический каркас (2) имеет прямоугольную форму и расположенные в нем пиломатериалы (1), продольно ориентированные. Выбор в качестве пиломатериала брус и его продольное ориентирование в каркасе обеспечивает необходимую прочность и изгибную жесткость плиты. Металлический каркас (2) выполняется из основных (6) и торцевых (7) горячекатаных или гнутых швеллеров. В случае многосекционного исполнения плиты, металлический каркас дополнительно снабжается внутренними поперечными сдвоенными швеллерами (8), стойки которых примыкают друг к другу, а полки направлены во внутрь секции. Выбор в пользу гнутого профиля позволяет значительно уменьшить вес плиты, что способствует экономии на транспортных расходах.
На Фиг. 2 и Фиг.3 показано соединение двух плит и замковое устройство в сборе, где:
9 – крепежный элемент в виде пальца шарнира;
10 – кронштейн;
11 – отверстие в кронштейне;
12 – крепление пальца шарнира к металлическому каркасу;
13 – фиксирующий шплинт.
Плита содержит палец шарнира (9) для фиксации половин замковых устройств, при этом половины замковых устройств (3, 4) выполнены в виде параллельно расположенных кронштейнов (10) с соосными отверстиями (11). Кроме того, палец шарнира (9) может быть закреплен на металлическом каркасе (2) с помощью крепления (12), например цепи, и зафиксирован при расположении в кронштейнах (10) шплинтом (13). Все это повышает прочность и надежность соединения плит в единое полотно. Конструкция замковых устройств позволяет соединять плиты с минимальными зазорами, что позволяет исключить выдавливание грунтовых масс из-под эксплуатируемой площадки.
Наличие пальца шарнира (9) для фиксации половин замковых устройств (3, 4) позволяет исключить взаимные горизонтальные и вертикальные перемещения плит при эксплуатации. В случае значительной толщины плиты замковые устройства могут быть дополнительно снабжены, по меньшей мере, одной вспомогательной осью шарнира с соответствующими отверстиями в кронштейнах замковых устройств, чтобы монтажник имел возможность беспрепятственно устанавливать пальцы шарнира.
На Фиг.4, Фиг. 5 с узлом А и сечением В-В показаны дополнительные устройства, используемые для плиты, где:
14 – строповочный элемент;
15 – стягивающий элемент;
16 – полимерный настил;
17 – отверстия в швеллерах;
18 – грузозахватный элемент.
В случае значительных эксплуатационных нагрузок с целью повышения прочности плита может быть снабжена не менее, чем одним, стягивающим элементом (15), закрепленным на металлическом каркасе (2) и проходящим через древесное основание (1).
С целью возможности эксплуатирования плит гусеничной техникой рабочие поверхности несущего основания могут быть покрыты полимерными настилами (16), которые закрепляются на основании при помощи металлического каркаса (2).
Для монтажа плит могут быть использованы дополнительные строповочные элементы (14), закрепленные на металлическом каркасе (2). Строповочные элементы также могут быть выполнены в виде отверстий (17) в основных (6) и в поперечных сдвоенных (8) швеллерах. Подобная конструкция гарантирует безопасность проведения монтажных работ и беспрепятственный доступ грузозахватных элементов (18).
Таким образом, применение в плитах замковых устройств с крепежным элементом и соединенных с каркасом плиты в одно целое значительно повышает надежность сцепления плит, не допускает смещение плит относительно друг друга во время эксплуатации сборно-разборных временных дорог или площадок, а также упрощает сборку/разборку полотна из плит, демонтаж отдельных плит. Следовательно, всей совокупностью указанных конструктивных особенностей реализуется указанный технический результат, заключающийся в надежном эксплуатационном качестве временного дорожного покрытия или площадок из плит.
Фигуры 6-11 иллюстрируют варианты использования заявляемой плиты.
2
На Фиг.6 показано использование заявляемой плиты с размерами 4000×2200×200 (мм), которые позволяют сооружать фундаменты под буровые установки эшелонного типа для кустового бурения в тундровой зоне. При обустройстве площадки 5×7 плит для работы стационарной буровой установки весом 570 тонн и с исходной площадью опирания 130 м на грунтах с несущей способностью 1 кгс/см² нагрузка на основание уменьшается в 2,2 раза.  Итоговое удельное давление буровой с фундаментной площадкой из заявляемых плит на грунт, перераспределенное плитами, составляет 2,1 тс/м². В результате нагрузки на подстилающий слой значительно уменьшены и равномерно распределены за счет наличия замковых устройств, надежно фиксирующих плиты в единое полотно.
На Фиг.7 показано использование заявляемой плиты с размерами 4000×2200×100 (мм), которые позволяют сооружать колейные дороги для проезда колесной техники на грунтах с несущей способностью от 1 кгс/см². При работе грузового автомобиля с полной массой 22,85 тонн использование заявляемых плит в качестве сборно-разборной колейной дороги обеспечивает снижение удельного давления транспортного средства на грунт в 7,7 (передняя ось) и 6,9 раз (задние оси), что обеспечивает предотвращение образования колейности и, как следствие, просадки грунта.
На Фиг.8 показано использование заявляемой плиты с размерами 6000×2200×200 (мм), которые позволяют сооружать фундаменты под мобильные буровые установки на болотистых участках (I и II тип). В результате обеспечено устойчивое и долговечное основание, обладающее дренирующей способностью, и позволяющее мобильно перекладывать плиты в пределах фронта работ.
На Фиг.9 показано использование заявляемой плиты с размерами 4000×2200×200 (мм), которые позволяют сооружать сплошные площадки с параллельной и шахматной укладкой. При обустройстве с подготовленным основанием из песчано-гравийной смеси площадки 4×6 плит для работы гусеничного крана грузоподъёмностью 750 тонн, с максимальной массой 1340 тонн и площадью опирания одной гусеницы 9,1×1,3 м давление на грунт уменьшается с 56,64 тс/м² до 6,54 тс/м². В результате нагрузки на подстилающий слой уменьшены 8,7 раз, обеспечены допустимые уклоны при работе крана: в поперечном направлении ±0,3°, в продольном направлении ±0,3° за счет шахматной конфигурации площадки и наличия замковых устройств, исключающих горизонтальные, вертикальные и угловые перемещения.
На Фиг.10 показано использование заявляемой плиты с размерами 6000×2000×120 (мм), которые позволяют сооружать временные сборно-разборные площадки в тундровой зоне. Преимущества использования заявляемых плит размером 6000×2000×120 мм в сравнении с железобетонными плитами дорожными напряженными ПДН размером 6000×2000×140 мм приведены в таблице 1.
Табл. 1.
№ п/п
Наименование показателя
Заявляемая плита
ПДН
Преимущество заявляемой плиты
1
Масса 1 м²
<b>√</b>
2
Площадь перевозимых изделий (ж/д г/п 60 тн)
<b>√</b>
3
Механические повреждения при погрузке/разгрузке, перевозке
Нет
Сколы бетона,образование трещин
<b>√</b>
4
Деформация конструкции при динамических и вибрационных нагрузках
Нет
Сколы бетона,образование трещин
<b>√</b>
5
Время монтажа/демонтажа 1 единицы
4-9 минут
20-30 минут
<b>√</b>
6
Наличие замковых устройств, обеспечивающих повышенную прочность и целостность основания (даже при вымывании грунта из-под изделия)
Да
Нет
<b>√</b>
7
Возможность демонтажа изделия из мерзлого грунта в зимний период без повреждения конструкции
Да
Нет.Демонтаж сопровождается поломкой монтажных скоби разрушением плиты
<b>√</b>
8
Коэффициент теплопроводности изделия, Вт/(м·К)
λ = 0,150
λ = 1,550-1,770
<b>√</b>
9
Перемещение изделий волоком в пределах куста
Да
Нет.Перемещение сопровождается поломкой монтажных скоб
<b>√</b>
10
Ремонтопригодность
Да.Возможна заменафиксирующих элементов
Нет
<b>√</b>
11
Возможность повторного применения (оборачиваемость),количество раз
20, не менее
3, не более
<b>√</b>
На Фиг.11 показано использование заявляемой плиты с размерами 6000×2000×100 (мм) с защитным полимерным покрытием, которые позволяют обустраивать места поисково-разведочного и эксплуатационного бурения, включающие временные технологические дороги, стоянки под спецтехнику, оперативные проезды для колесной и гусеничной техники, площадки под буровые установки, вертолетные посадочные площадки, площадки под оборудование и складирование МРТ) на грунтах с несущей способностью от 1 кгс/см².
В результате применение заявляемой плиты позволит сократить сроки строительства, снизить затраты на транспортировку, равномерно распределить нагрузки на подстилающий слой за счет наличия замковых устройств в конструкции плиты. Замковые устройства обеспечивают повышенную прочность и целостность основания при вымывании грунтов (и при соответствующем снижении несущей способности грунтов) из-под плит и упрощают произведение демонтажа плит в зимний период.
Преимущества заявляемой плиты перед нежесткими дорожными одеждами:
⎯ Возможность уменьшения толщины дорожной одежды;
⎯ Уменьшение удельного давления на грунтовое основание;
⎯ Обеспечение стабильности земляного полотна, отсутствие необходимости ремонта дорожной одежды и исключение аварий в процессе эксплуатации (колейности исключены).
Преимущества заявляемой плиты перед иными жесткими одеждами:
⎯ Дренирующая способность;
⎯ Исключение образования трещин;
⎯ Мобильность (среднее время монтажа одной плиты – 10 минут) и возможность оперативной переукладки плит;
⎯ Отсутствие необходимости в дополнительном оборудовании при сборке (отсутствие сварки и пр.).