УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗБОРКИ ВРЕМЕННОЙ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ, АРМИРОВАННОЙ РУЛОННЫМ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИМ МАТЕРИАЛОМ

Устройство относится к области строительства и может быть использовано по окончанию срока эксплуатации временной дороги при разборке дорожной одежды, армированной рулонным геосинтетическим материалом.
Известны устройства монтажа и демонтажа временных дорог по пат. РФ №2181404 от 20.04.2002 г., кл. Е01С 5/14, Е01С 5/16, Е01С 9/08 «Инвентарная временная дорога» - [1], и по пат. РФ №2084581, от 20.07.1997 г. кл. Е01С 19/52, Е01С 9/08 «Укладчик колейных сборно-разборных дорожных покрытий» - [2], которыми из готовых секций (плит) настилают дорожное покрытие, а после его использования (при ненадобности) убирают.
Недостатком известных устройств является дороговизна вышеприведенных дорожных покрытий и невозможность их использования для большегрузных автомобилей (например, для работы в горнодобывающих открытых карьерах).
В настоящее время есть много мест (регионов), где необходимо сооружать временные дороги, например, на площадках открытых рудодобывающих предприятий. Если в регионе нерудные материалы, такие как щебень, песчано-гравийная смесь, гравий не добывается и завозятся из других мест и регионов, то это делает их стоимость для создания дорог неоправданно высокой.
Как пример, в Архангельской области в основном преобладают торфяные грунты, которые не могут обеспечить в виду своих физико-механических характеристик нормальное основание для устройства дорожных одежд всех категорий. Там же ведется добыча многих полезных ископаемых, например, таких как базальт, но попытки применения шлака базальтовых пород в дорожных одеждах III-V категории не увенчались успехом. Так как шлаки базальтовых пород имеют острые концы и приводят в негодное состояние резиновые
покрышки автотранспорта за один сезон, что влечет за собой неоправданные расходы комплектующих автомобилей.
Известно большое количество видов геосинтетического материала, одним из которых можно привести рулонный «Нетканый материал для армирования дорожных покрытий и способ его изготовления» по пат. РФ №2247179, от 27.02.2005 г. кл. D04H 3/00, D04H 3/04 - [3], который обладает изотропным состоянием нетканого материала со стабильными физико-механическими характеристиками в условиях циклических нагрузок, за счет формирования материала, имеющего двухосевую композитную гибкую структуру, содержащую две группы дискретно расположенных волокон, удерживаемых с помощью связующего. Указанные две группы волокон образуют трехслойную структуру таким образом, что группа поперечных волокон расположена между разделенными на верхнюю и нижнюю подгруппы продольными волокнами. В качестве волокон используют стеклоровинг с линейной плотностью не менее 400 текс.
Или же георешетка в виде «Сетчатого наполнителя для строительных и дорожных технологий» по пат. РФ №2160334, от 10.12.2000 г. кл. D03D 15/00, D03D 25/00, D04H 3/02, D04H 1/64, Е01С 21/00 - [4], выполненного на основе стекловолокна и водонерастворимых полимерных связок и может быть использована в строительстве в качестве армирующего материала в технологии внешнего энергосберегающего утепления зданий и сооружений, при строительстве, реконструкции и ремонте асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.
Армирование дорожного покрытия геосинтетическим материалом (как правило, рулонной геосеткой) существенно снижает количество щебня на строительство дороги и снижает ее стоимость (хотя стоимость геосинтетического материала тоже высока). Применение в дорожном покрытии геосетки также замедляет появление отраженных трещин на поверхности покрытий и повышает распределяющую способность покрытия, увеличивая, тем самым, долговечность и дорожных одежд.
Повторное применение геосеток и щебня после использования во временном дорожном покрытии позволит существенно снизить стоимость дорог. Однако повторное применение геосеток после демонтажа временных дорог и сам демонтаж в литературе представлен недостаточно полно для его практической реализации с высокой эффективностью.
Таким образом, в сложных гидрогеологических условиях с постоянно меняющимися отметками забойных автомобильных дорог и острым дефицитом расходных материалов, требуется технология повторного использования синтетических решеток и щебня, а также устройства для ее осуществления. Повторное использования элементов дорожного покрытия возможно поле его демонтажа.
Так, известна отдельная «Машина для удаления слоя асфальтобетонного покрытия» по заявке на изобретение РФ №96121110, от 20.01.1999 г. кл. Е01С 23/12 - [5], содержащая раму с установленным в ней барабаном с режущими зубьями, при этом рама снабжена установленными на раме электровибраторами, вторым барабаном с режущими зубьями и колесными опорами, установленными с возможностью регулировки в вертикальной плоскости, а электровибраторы размещены по обе стороны барабанов.
Но отдельные машины достаточно дороги и они оправдывают себя только при постоянном их использовании (эксплуатации по предназначению).
Для непостоянных работ выгоднее использовать отдельные, например, «Исполнительные органы устройства для разрушения минеральных сред и искусственных материалов» дорожного покрытия по пат. РФ №2055184, от 27.02.1996 г. кл. Е21С 25/10, Е21С 27/24, Е01С 23/12 - [6], содержащие корпус в виде барабана цилиндрической формы и закрепленные на барабане инструментодержатели с разрушающими инструментами. Или же использовать исполнительные навесные рабочие органы, выполненные в принципе, например, как по устройству «Дорожный стабилизатор на базе автогрейдерного шасси», пат. РФ №2167973, от 27.05.2001 г. кл. Е01С 21/00 - [7], содержащий
рабочий орган, бак и регулируемый по высоте шнек. Устройство установлено на тяговой раме, опирающейся в головной части на шаровой шарнир с возможностью изменения положения рабочего органа в трех плоскостях.
Однако, данные известные вышеприведенные устройства не могут быть приведены для разборки дорожной одежды, армированной рулонным геосинтетическим материалом.
Прототипом заявляемой полезной модели может быть принято «Устройство дорожной одежды»: заявка на изобретение РФ №2004134842, от 10.05.2006 г. кл. E01D 7/00 - [8], содержащее нижнее основание дорожного покрытия из грунта, покрытого слоем уплотненного песка, на который уложен рулонный геосинтетический материал и верхнее дорожное покрытие из средней крупности уплотненных песка или щебеня. Прототип представляет собой конструкцию (устройство) дорожной одежды, которую необходимо после временного использования демонтировать. Все вышеприведенные устройства для этой цели не годятся, хотя их отдельные узлы и устройства могут быть использованы в нише приведенном устройстве - представленной полезной модели.
Сущность полезной модели - устройства в том, что оно состоит из навесного рабочего органа к дорожной машине для намотки рулонного материала и содержит намоточный каркас с рулонодержателем и приводом, причем намоточный каркас выполнен мобильным в виде рамы навесного оборудования, рулонодержатель - в виде съемной шпули, а привод - ручным в виде редуктора с храповиком. То есть, устройство работает как навесное оборудование к дорожной машине (на автомобильный транспорт) для сбора рулонного геосинтетического материала на временных дорогах после окончания их эксплуатации.
Суть использования заявляемой полезной модели (по демонтажу после использования временной дороги)в том, что временную дорогу, состоящую из нижнего основания дорожного покрытия из грунта, покрытого слоем уплотненного песка, с уложенным на него рулонным геосинтетическим материалом и верхнего дорожного покрытия из уплотненного щебня, демонтируют
в следующем порядке: верхнее дорожное покрытие из щебня сгребают на обочину (например, грейдером), а геосинтитический материал сматывают в рулоны, при помощи ниже представленного устройства - полезной модели. После этого щебень и геосинтетический материал повторно используют в качестве верхнего покрытия при обустройстве других участков временных дорог (их дорожной одежды).
На фиг.1 представлен внешний вид устройства - полезной модели. На фиг.2 - вид устройства сбоку (разрез 1-1 по фиг.1). На фиг.3 - разрез 2-2 по фиг.1.
В приложении 1 представлены: технические характеристики устройства; фото 1 - крепление устройства на рабочий орган механизма; фото 2 - извлечение из устройства съемной шпули; фото 3 - укладка синтетической решетки на экспериментальном участке; фото 4 - выравнивание щебня по синтетической решетке на экспериментальном участке; фото 5 - извлечение рулонного синтетического материала при разборке временной дороги; фото 6 - сбор щебня из под рабочего органа.
Жесткая рама 1 подвешивается к транспортному средству (например, ковшу бульдозера) за петли 2, край рулонного геосинтетического материала зажимается в съемной шпуле 3 и при помощи цепного редуктора 4 наматывается в рулон. Рулон геосинтетического материала 5 крепится в съемной шпуле. Направляющие шпули выполнены в виде металлических уголков 6. Ручной редуктор состоит из рукоятки вращения 7, малой звездочки 8, большой звездочки 9, шпули 3, цепи 10, фиксатора с пружиной в виде трещотки 11 и ролика 12. Намотанный рулон геосинтетического материала 5 извлекается из рамы 1 после вытаскивания шпули 3 из рамы 1.
Полезный (технический) результат предложенной полезной модели - устройства заключается в разработке мобильного каркаса (рамы) с петлями крепления на дорожную машину, редуктором с храповиком и фиксированным ходом, обеспечивающим вращение съемной шпуле, что позволяет эффективно проводить работы на дороге и увеличить скорость сбора рулонного
материала, а также уменьшить потери расходных материалов (дорожной одежды).
Подтверждением решения поставленной задачи является проведение натурного эксперимента (прил. 1), показавшего следующее результаты:
- увеличение скорости сбора рулонного геосинтетического материала по сравнению с ручным способом;
- уменьшение потерь расходных материалов (песок, щебень).
Тем самым, полезная модель - устройство для разборки временной дорожной одежды, армированной рулонным геосинтетическим материалом представляет свою новизну и промышленную применимость.
Укладка геосинтетического материала проводилась по известной технологии, рекомендуемой фирмой - производителем геосинтетического материала. На подготовленное основание из грунта и песка была уложена синтетическая решетка, которая первоначально закреплялась монтажными анкерами, выполненными из арматуры A-III ⌀-12 мм, до ее пригружения массивом щебня. При этом, синтетическая решетка прокладывалась полосами 12,5 м шириной и 30 м по длине, потом оставлялся участок длиной 30 м.п. без георешетки. Это делалось для сравнительного анализа на предмет вдавлеваемости щебня в основание дорожной одежды без укладки синтетической решетки. Ширина дорожного покрытия 12,5 м была обусловлена габаритами автомобиля «Белаз», с грузоподъемностью 42 т. После этого на синтетическую решетку послойно был уложен щебень общей толщиной 25 см с последующим извлечением монтажных анкеров и уплотнением щебня катком.
Первоначально был произведен пробный сбор одного рулона георешетки с извлечением съемной шпули из устройства по сбору рулонного геосинтетического материала. После успешного проведения предварительных испытаний устройства, был проведен пробный съем на экспериментальном участке.
Сбор верхнего слоя щебня производился при помощи бульдозера. Для исключения повреждений георешетки на ней был оставлен защитный слой из щебня 5...7 см, который при сборе рулонного геосинтетического материала
накапливался в основании навесного устройства по сбору и дополнительно убирался грейдером. Навесное устройство по сбору геосинтетического материала было смонтировано на ковш бульдозера (Кировец).
Извлечение синтетической решетки предложенным способом позволило произвести съем 12,5 м.п. георешетки (уложенной поперек дорожного покрытия) без значительных повреждений за 5 минут.
Извлечение съемной шпули и установка в обратное (рабочее) положение заняло еще 5 мин. Таким образом, средняя скорость по сбору синтетической решетки составила 150 м.п./час. Аналогичным образом был проведен съем на всей площади экспериментального участка. Проведение натурного эксперимента было признано положительным, а способ - работоспособным для дальнейших съемов георешеток на участках дорожных одежд забойных автомобильных дорог для автосамосвалов, армированных синтетическими решетками.
2
2
Величина коэффициента повреждений георешетки при ее извлечении из дорожной одежды составила 1,9% при одной перекладке георешетки из дорожной одежды. Объем работ, по натурному эксперименту, принят как типовой и составлял 60 м.п. дорожной одежды II и III категории, армированной синтетическими решетками, площадью соответственно 900 м и 720 м.
Дорожная одежда армировалась геосинтетической решеткой Tensar SS-40, и дополнительно состояла из песчаного основания толщиной слоя 30 см, и щебня фракции (20-40 мм) толщиной слоя 20 см.
Реализация предложенного способа - технологическая карта производства работ предусматривает разборку дорожных одежд, армированных синтетическими материалами. До начала работ по разборке дорожной одежды, армированной геосинтетическими решетками, должны быть выполнены организационно-подготовительные мероприятия в соответствии со СНИП III-I-76 «Организация строительного производства», а также все работы, разработанные в проекте производства работ (ППР) для каждого конкретного случая.
Кроме того, должны быть выполнены следующие работы:
- вынесены и закреплены оси разбираемого участка дорожной одежды и в случае необходимости установлены дополнительные знаки;
- установлены вешки для подъезда автосамосвалов под погрузку;
- рабочие и ИТР ознакомлены с технологией и организацией разборки дорожной одежды армированной, геосинтетическим материалом и обучены безопасным методам труда;
Разборка верхнего слоя дорожной одежды, состоящего из щебня, выполняется бульдозером ДЗ (МТЗ-82), с ножом со сплошной режущей кромкой.
Сбор рулонного геосинтетического материала производится при помощи устройства описанного выше.
Погрузка щебня на автосамосвалы производится при помощи автопогрузчика Т0-18Б.
Транспортировка слоев дорожной одежды производится автосамосвалами КамАЗ 55118 на расстояние до 25 км.
Разборка верхнего слоя дорожной одежды бульдозером производится с окончания дороги для обеспечения движения автотранспорта с устройством для сбора геосинтетического рулонного материала.
В сравнительных таблицах №1, 2 представлены потери основных строительных материалов, а именно: щебень и геосинтетическая решетка, не пригодных для дальнейшего использования в новых дорожных одеждах.
Таблица 1
Сравнительная таблица по автомобильной дороге II категории
Площадь георешетки S м<sup>2</sup>/количество рулонов.
Объем собранного щебня м<sup>3</sup>
Длина обрабатываемого участка м.п.
Рабочая смена часы.
Потери георешетки после ее сбора м<sup>2</sup>/рулоны/%
Потери щебня после сбора георешетки м<sup>3</sup>/%
Ширина проезжей части м.
3840/32
576
320
8
192/1,6/5
60/10
12
Таблица 2
Сравнительная таблица по автомобильной дороге III категории
Площадь георешетки S м<sup>2</sup>/количество рулонов.
Объем собранного щебня м<sup>3</sup>
Длина обрабатываемого участка м.п.
Рабочая смена часы.
Потери георешетки после ее сбора м<sup>2</sup>/рулоны/%
Потери щебня после сбора георешетки м<sup>3</sup>/%
Ширина проезжей части м
3840/32
576
480
8
192/1,6/5
60/10
8
Данные таблиц 1 и 2 показывают, что потери инертного материала (щебня) и рулонного геосинтетического материала (геосинтетической решетки) составили соответственно 10% и 5%, что является незначительными потерями от общего объема использованных материалов в целом.
Устройство дорожных одежд III-V категории возможно только с использованием рулонного синтетического материала для их армирования, что увеличивает скорость их устройства и значительно снижает толщину покрытий и соответствует высоким современным требованиям. То есть, рационального использования рулонных синтетических материалов в дорожных одеждах можно добиться с применением технологии повторного использования рулонного синтетического материала.
Дополнительно синтетический материал в дорожной одежде, помимо ее армирования, служит некой прослойкой между основными слоями, основанием и покрытием и препятствует смешиванию покрытия с нижележащим слоем. Это позволяет демонтировать основное покрытие, щебень или гравий с минимальными потерями в 10% от общего объема в чистом виде.
Литература
1. Пат. РФ №2181404 от 20.04.2002 г., кл. Е01С 5/14, Е01С 5/16, Е01С 9/08 (Инвентарная временная дорога)
2 - Пат. РФ №2084581, от 20.07.1997 г. кл. Е01С 19/52, Е01С 9/08 (Укладчик колейных сборно-разборных дорожных покрытий).
3. Пат. РФ №2247179, от 27.02.2005 г. кл. D04H 3/00, D04H 3/04 (Нетканый материал для армирования дорожных покрытий и способ его изготовления).
4. Пат. РФ №2160334, от 10.12.2000 г. кл. D03D 15/00, D03D 25/00, D04H 3/02, D04H 1/64, Е01С 21/00 (Сетчатый наполнитель для строительных и дорожных технологий).
5. Заявка на изобретение РФ №96121110, от 20.01.1999 г. кл. Е01С 23/12 (Машина для удаления слоя асфальтобетонного покрытия).
6. Пат. РФ №2055184, от 27.02.1996 г. кл. Е21С 25/10, Е21С 27/24, Е01С 23/12 (Исполнительный орган устройства для разрушения минеральных сред и искусственных материалов).
7. Пат. РФ №2167973, от 27.05.2001 г. кл. Е01С 21/00 (Дорожный стабилизатор на базе автогрейдерного шасси).
8. Заявка на изобретение РФ №2004134842, от 10.05.2006 г. кл. E01D 7/00 (Устройство дорожной одежды (варианты) - прототип.