Автомобильная дорога
AUTO-ROAD

Изобретение относится к области строительства, а именно, к дорожным конструкциям: площадки, дамбы, дороги, взлетно-посадочные полосы, в том числе автомобильные и железные дороги, возводимым в зонах распространения сезонно-промерзающих и многолетнемерзлых пород грунтовых сооружений на обводненных территориях, сильно деформируемых основаниях, и может быть использовано при строительстве или реконструкции насыпи дорожного сооружения с устройством водопропускных сооружений при пересечении малорасходных, преимущественно периодического действия водотоков в условиях многолетнемерзлых грунтов, в основном может быть использовано для возведения дорожного автомобильного полотна в различных климатических условиях.
Известна автомобильная дорога по патенту Российской Федерации N 2508428, кл. Е01С 3/06, 2014 г., состоящая из грунта земляного полотна, слоя песка, слоя щебня, асфальтобетонного покрытия и укрепительных полос. Под укрепительными полосами на грунте земляного полотна расположены железобетонные плиты, высота которых равна сумме высот слоев песка и щебня.
Данная автомобильная дорога имеет сборную конструкцию, недостаточно надежна в эксплуатации, так как происходит образование ям из-за размыва ее песка грунтовыми водами на стыках плит. Такая дорога часто требует ремонта и повышенных затрат на тот же ремонт и эксплуатацию.
Известна автомобильная дорога на вечномерзлых грунтах по патенту Российской Федерации №2221102, кл. Е01С 3/06, 3/00,2004 г., содержащая дорожную конструкцию и уложенные в теле насыпи поперечные полосы из синтетического материала. Дорога снабжена продольными полосами из водонепроницаемого синтетического материала, размещенными в сезонно-талом слое основания дорожной конструкции симметрично относительно оси дороги и защемленными нижними краями в толще многолетнемерзлых грунтов.
Недостатками конструкции данной дороги являются низкая несущая способность сезонно-талого слоя в основании дорожной конструкции в летний и осенний периоды и связанные с этим его просадки.
Известно транспортное полотно по патенту Российской Федерации №2431714, кл. Е01С 3/00, 11/18, 2011 г., принятое заявителем за прототип. Оно содержит армированный несущий слой и подстилающий слой. Армированный несущий слой состоит из пространственного арматурного каркаса, включающего верхние и нижние продольные стержни и поперечные стержни, расположенные наклонно к продольным стержням с образованием тетраэдров с разнонаправленными вершинами с шагом между ними от 1 до 3 диаметров отпечатка внешнего механического воздействия на поверхность полотна при эксплуатационных нагрузках, и расположенного над арматурным каркасом бетонного слоя, омоноличивающего, по крайней мере, верхние стержни пространственного арматурного каркаса.
Недостатками данного транспортного полотна с армированным несущим слоем является его недостаточная несущая способность, влекущая за собой недолговечность полотна, а также высокая материалоемкость и, соответственно, себестоимость транспортного полотна вследствие необходимости применения высокопрочного бетона для обеспечения возможности восприятия как эксплуатационных нагрузок, так и нагрузок, обусловленных изменением характеристик подстилающего слоя.
Технической проблемой, возникающей при строительстве в сложных природных и климатических условиях автомобильных дорог, является обеспечение стабильной прочности дорожного полотна и всей дорожной конструкции особенно на слабых и вечномерзлых грунтах в сезонное переувлажнение грунтов путем сокращения пути фильтрации воды в дренирующем слое и времени увлажнения грунтового основания, снижение затрат при строительстве на увлажненных поверхностными водами участках грунтовых сооружений с продленными сроками эксплуатации, повышение надежности, расширение области использования, упрощение эксплуатации водопропускного сооружения и экономия средств.
Поставленная техническая проблема решается тем, что в предлагаемом решении, автомобильная дорога, содержащая грунтовое земляное полотно, подстилающий слой, размещенный на нем армированный несущий слой, обочины с воздухо- и водопропускным сооружением канального типа, откосы с водоотводными канавами; несущий слой армирован двухъярусным настилом силовым, каждый ярус которого выполнен из несъемных модульных элементов, которые соединены друг с другом, профиль каждого модульного элемента в сечении выполнен в виде незамкнутой трапеции, содержащей замкнутое основание и незамкнутое основание с отбортовками, посредством которых соединены модульные элементы в каждый ярус настила силового, нижний ярус настила силового уложен на подстилающем слое замкнутым основанием с образованием кессонов, а между кессонами замкнутым основанием кверху установлен верхний ярус настила силового с образованием пустот между ярусами настила силового и с образованием дополнительных кессонов для размещения арматурных каркасов, причем настил силовой размещен от оси дороги в обе стороны под углом 3-15% и выведен за обочины дороги, а верхний ярус настила силового установлен с напуском над нижним ярусом настила силового и представляет собой защитный козырек.
Кроме того, каждая обочина и откос армированы композитной арматурой и защищены от эрозии геотехническим материалом и выполнены из укрепленного и стабилизированного грунта, а воздухо- и водоотводное сооружение канального типа каждой обочины выполнено в виде двухъярусного настила силового, каждый ярус которого выполнен из несъемных модульных элементов, которые соединены друг с другом, профиль каждого модульного элемента в сечении выполнен в виде незамкнутой трапеции, содержащей замкнутое основание и незамкнутое основание с отбортовками, посредством которых соединены модульные элементы в каждый ярус настила силового воздухо- и водоотводного сооружения, который уложен уложен на грунте обочины замкнутым основанием нижнего яруса с образованием кессонов, а между кессонами замкнутым основанием кверху установлен верхний ярус настила силового с образованием пустот между ярусами настила силового и кессонами нижнего яруса двухъярусного настила силового воздухо- и водоотводного сооружения, причем двухъярусный настил силовой воздухо- и водоотводного сооружения установлен под углом к двухъярусному настилу силовому, армирующему несущий слой.
Кроме того, подстилающий слой и водоотводная канава откоса выполнены из укрепленного и стабилизированного грунта и защищены от эрозии геотехническими материалами.
Кроме того, воздухо- и водоотводное сооружение канального типа обочины выполнено с возможностью обеспечения вентилирования, конвекторной теплопередачи, регулирования температуры и влажности откоса.
Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в повышении несущей способности и эксплуатационной надежности автомобильной дороги при снижении ее материалоемкости, трудоемкости и себестоимости, а также повышение долговечности, т.е. увеличение срока службы транспортного полотна без капитального ремонта, а также уменьшение стоимости конечной продукции и улучшение экологической обстановки в сложных природных и климатических условиях.
На фиг. 1 изображен поперечный разрез автомобильной дороги, общий вид;
на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1, армированный двухъярусным настилом силовым несущий слой автомобильной дороги;
на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1, двухъярусный настил силовой воздухо- и водоотводного сооружения обочины;
на фиг. 4 - узел I на фиг .1, соединение двухъярусного настила силового воздухо- и водоотводного сооружения канального типа с двухъярусным настилом силовым, армирующим несущий слой автомобильной дороги;
на фиг. 5 - вид В на фиг. 4, соединение двухъярусного настила силового воздухо- и водоотводного сооружения канального типа с двухъярусным настилом силовым, армирующим несущий слой автомобильной дороги, в изометрии;
на фиг. 6 - узел II на фиг. 1, выход за пределы обочины автомобильной дороги двухъярусного настила силового, армирующего несущий слой, с напуском верхнего яруса над нижним ярусом в виде защитного козырька;
на фиг. 7 изображен модульный элемент для изготовления настила силового;
на фиг. 8 - график предельных нагрузок, воспринимаемых настилом силовым.
Автомобильная дорога выполнена из нескольких слоев. Основанием дороги является грунтовое земляное полотно 1, на которое уложен подстилающий слой 2, выполненный из укрепленного и стабилизированного грунта и защищенного от эрозии геотехническими материалами. На подстилающем слое 2 размещен армированный несущий слой 3, являющийся основанием дорожного покрытия. На армированном несущем слое 3 уложено дорожное покрытие 4, состоящее из нескольких слоев дорожной одежды проезжей части.
А также в состав автомобильной дороги входят обочины 5 с воздухо- и водоотводным сооружением 6 канального типа и откосы 7 с водоотводными канавами 8.
Для восприятия эксплуатационных нагрузок несущий слой 3 армирован двухъярусным настилом силовым 9 (фиг. 2), каждый ярус которого выполнен из несъемных модульных элементов (фиг. 7), которые соединены друг с другом. Профиль каждого модульного элемента в сечении выполнен в виде незамкнутой трапеции, содержащей замкнутое основание 10 и незамкнутое основание 11 с отбортовками 12, посредством которых соединены модульные элементы в каждый ярус настила силового 9. Нижний ярус 13 настила силового 9 уложен на подстилающем слое 2 замкнутым основанием 10 с образованием кессонов 14, а между кессонами 14 замкнутым основанием 10 кверху, зеркально, установлен верхний ярус 15 настила силового 9 с образованием пустот 16 между ярусами 13 и 15 настила силового 9 и с образованием дополнительных кессонов 17 для размещения арматурных каркасов 18 и бетонирования.
Образованные двухъярусным настилом силовым 9 кессоны 14 и пустоты 16 предоставляют возможность беспрепятственно отводить от грунтового сооружения автомобильной дороги поверхностные воды. Такое решение позволяет на 15-20% повысить надежность и сроки эксплуатации автомобильных дорог в сложных природных и климатических условиях на вечномерзлых или на слабых и увлажненных грунтах.
Причем настил силовой 9 размещен от оси дороги в обе стороны под углом 3-15% и выведен за обочины 5 дороги, а верхний ярус 15 настила силового 9 установлен с напуском над нижним ярусом 13 настила силового 9 и представляет собой защитный козырек 19.
Армирование несущего слоя настилом силовым 9, а исполнение настила силового 9 из модульных элементов решает задачу создания конструкции, которая позволяет минимизировать затраты на ее транспортировку к месту установки, а также существенно снизить затраты на ее изготовление, особенно в случае изготовления из ЛСТКа.
Каждая обочина 5 и откос 7 армированы композитной арматурой 20 и защищены от эрозии геотехническим материалом и выполнены из укрепленного и стабилизированного грунта.
За счет рационального применения геоматериалов, используют меньшее количество щебня. Достигают снижения трудовых и материальных затрат на возведение, ввиду отсутствия операций по уплотнению. Применение геоматериалов позволяет отказаться от традиционных материалов, при изготовлении которых происходит загрязнение окружающей среды.
Грунт после обработки химическим стабилизатором грунта приобретает более высокую плотность при аналогичных условиях уплотнения. Молекулы стабилизатора, которые прикрепляются к поверхности глинистой частицы, облают водоотталкивающим действием, и частицы грунта теряют способность притягивать к своей поверхности пленочную воду. Улучшенный таким образом грунт становится более плотным, прочным, водонепроницаемым и морозоустойчивым, что делает его устойчивым к воздействию климатических условий и способным воспринимать расчетную нагрузку в условиях длительных осадков.
Технология стабилизации и укрепления грунтов находит все более широкое распространение. Для этих целей используется достаточно большая группа поверхностно-активных веществ (ПАВ) - стабилизаторов грунтов на органической, щелочной и кислотной основе, смолы, полимерные стабилизаторы грунтов.
Воздухо- и водоотводное сооружение 6 канального типа каждой обочины 5 выполнено в виде двухъярусного настила силового (фиг. 3), каждый ярус которого выполнен из несъемных модульных элементов, которые соединены друг с другом, профиль каждого модульного элемента в сечении выполнен в виде незамкнутой трапеции, содержащей замкнутое основание 10 и незамкнутое основание 11 с отбортовками 12, посредством которых соединены модульные элементы в каждый ярус настила силового воздухо- и водоотводного сооружения 6.
Двухъярусный настил силовой сооружения 6 уложен на грунте обочины 5 замкнутым основанием 10 нижнего яруса 21 с образованием кессонов 14, а между кессонами 14 замкнутым основанием 10 кверху установлен верхний ярус 22 настила силового с образованием пустот 16 между ярусами настила силового и кессонами 14 нижнего яруса 21 двухъярусного настила силового воздухо- и водоотводного сооружения 6. Причем двухъярусный настил силовой воздухо- и водоотводного сооружения 6 установлен под углом к двухъярусному настилу силовому 9, армирующему несущий слой 3.
Подстилающий слой 2 и водоотводная канава 8 откоса 7 выполнены из укрепленного и стабилизированного грунта и защищены от эрозии геотехническими материалами. А воздухо- и водоотводное сооружение 6 канального типа обочины 5 выполнено с возможностью обеспечения конвекторной теплопередачи и регулирования температуры и влажности откоса 7. Вентиляционная характеристика и характеристика теплопередачи водоотводного сооружения 6 поддерживаются стабильными, и вентиляция и теплопередача могут отвечать требованиям к охлаждению земляного полотна.
Строительство автомобильной дороги предлагаемой конструкции осуществляют следующим образом.
На уплотненный грунт укладывают грунтовое земляное полотно 1, а на него - подстилающий слой 2, выполненный из укрепленного и стабилизированного грунта и защищенного от эрозии геотехническими материалами. На подстилающем слое 2 размещают армированный несущий слой 3. Армируют несущий слой 3 двухъярусным настилом силовым 9, каждый ярус которого выполнен из несъемных модульных элементов (фиг. 7). Причем двухъярусный настил силовой 9 размещают от оси дороги в обе стороны под углом 3-15% и выводят за обочины 5 дороги, при этом верхний ярус 15 настила силового 9 устанавливают с напуском над нижним ярусом 13 настила силового 9 в виде козырька, который предназначен для защиты нижнего яруса 13 и в целом двухъярусного настила силового 9 от попадания в него грязи.
Таким образом, размещение двухъярусного настила силового 9 с поперечным уклоном от 3% до 15% позволяет сократить путь отвода воды и время обводнения грунтового основания, тем самым обеспечить стабильную прочность конструкции в периоды переувлажнения и долговечность.
Затем на армированный несущий слой 3 укладывают дорожное покрытие 4, включающее несколько слоев дорожной одежды проезжей части.
Каждую обочину 5 и каждый откос 7 армируют композитной арматурой 20 и защищают от эрозии геотехническими материалами и выполняют из укрепленного и стабилизированного грунта.
Каждую обочину 5 снабжают воздухо- и водоотводным сооружением 6 канального типа, которое выполняют в виде двухъярусного настила силового (фиг. 3), каждый ярус которого нижний 21 и верхний 22, как и двухъярусный настил силовой 9, армирующий несущий слой 2, выполнены из несъемных модульных элементов (фиг. 7), которые соединяют друг с другом. Профиль каждого модульного элемента в сечении выполняют, как и профиль модульного элемента двухъярусного настила силового 9, в виде незамкнутой трапеции, содержащей замкнутое основание 10 и незамкнутое основание 11 с отбортовками 12, посредством которых соединены модульные элементы в каждый ярус 21 и 22 настила силового. Его укладывают на грунт обочины 5 замкнутым основанием 10 нижнего яруса 21 с образованием кессонов 14, а между кессонами 14 замкнутым основанием 10 кверху устанавливают верхний ярус 22 настила силового с образованием пустот 16 между ярусами настила силового и кессонами 14 нижнего яруса 21 двухъярусного настила силового воздухо- и водоотводного сооружения 6.
При этом двухъярусный настил силовой воздухо- и водоотводного сооружения 6 устанавливают под углом к двухъярусному настилу силовому 9, армирующему несущий слой 3 (фиг. 4 и 5), для того, чтобы образованный в них конденсат или попавшие в них паводковые воды, или осадки, можно было самотеком отвести в водоотводную канаву 8 откоса 7.
Автомобильная дорога работает следующим образом.
Выпадающие осадки, скатываясь по дорожному покрытию 4, попадают на обочину 5, а с нее - в воздухо- и водоотводное сооружение 6, откуда через образованные в нем пустоты 16 уходят в водоотводную канаву 8.
В случаях, если одна из водоотводных канав 8 будет переполнена паводковыми водами, то вода через пустоты 16 и кессоны 14 двухъярусного настила 9 перетекает в противоположную водоотводную канаву 8. А образованные ярусами настила силового 9 пустоты 16 и кессоны 14, являясь каналами конвективной теплопередачи, дополнительно обеспечивают беспрепятственность процесса движения воздуха и позволяют значительно увеличить скорость движения воздуха.
Использование предлагаемого технического решения позволило повысить несущую способность и эксплуатационную надежность конструкции транспортного полотна автомобильной дороги при снижении его материалоемкости, трудоемкости и себестоимости, а также повысить долговечность, т.е. увеличить срок службы автомобильной дороги без капитального ремонта, а также уменьшить стоимость конечной продукции и улучшить экологическую обстановку.
А технология стабилизации и укрепления грунтов является идеальным решением для создания современной транспортной инфраструктуры, позволяющим не только обеспечить необходимую несущую способность оснований дорожных одежд, но и в большинстве случаев минимизировать затраты, сроки выполнения работ и потребность в инертных материалах.