ДОРОЖНАЯ КОНСТРУКЦИЯ Российский патент 1995 года по МПК E01C3/00 E01C3/06 

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано как при реконструкции, так и при новом строительстве в сложных грунтово-гидрологических условиях или в стесненных местах строительства.

Известно выполнение земляного полотна с вентиляционными бермами при строительстве дорог в районах вечной мерзлоты, где вентиляция образуется за счет выполнения в горизонтальном слое берм вентиляционных воздушных каналов, выполненных из крупнообломочных грунтов, бетонных блоков или из грунтобетона [1]
Недостатками этого решения являются большая материалоемкость конструкции и длительный срок стабилизации основания. Кроме того, данная конструкция направлена на сохранение температурного режима за счет использования положительного баланса отрицательных годовых температур.

Наиболее близкой к предлагаемой является дорожная конструкция, решающая задачу уменьшения образования гололеда с одновременным отводом воды из основания земляного полотна. Под дорожной одеждой устраивают щели шириной 20-150 мм с заполнением их сыпучим каменным материалом, при этом дорожная конструкция снабжена патрубками, соединяющими нижние части щелей с вытяжными трубами. Патрубки можно использовать как дренажные трубы, а также как каналы для подачи теплого воздуха в щели [2]
Эта конструкция имеет следующие недостатки:
переувлажнение верха земляного полотна конденсатом, что приводит к пучинообразованию;
слишком узкие щели для обеспечения конвекции воздуха не дают возможность теплому воздуху подниматься вверх, вследствие этого последний удаляется через патрубки и вытяжные трубы, а в щелях находится тяжелый холодный воздух, что приводит к низким эксплуатационным показателям конструкции в целом;
невозможность использования данного решения при реконструкции существующих дорог.

Технической задачей изобретения является стабилизация несущей способности существующих автомобильных дорог в течение всего года за счет создания оптимального водно-теплового режима земляного полотна и дорожной одежды.

Для этого в известной дорожной конструкции, включающей земляное полотно, дорожную одежду с подстилающим слоем, обочины, вентиляционные каналы, заполненные щебнем и расположенные в теле земляного полотна вдоль оси дороги, и водоотводящие выпуски, вентиляционные каналы выполнены с покрытием из асфальтобетона и расположены под обочинами. При этом каналы снабжены теплоизолирующей прослойкой в виде обоймы, которая устраивается на уровне подстилающего слоя дорожной одежды, противозаиливающим слоем, который огибает нижнюю часть канала до обоймы, причем под обоймой и на дне канала расположена пароизоляция. Кроме того, дорожная конструкция дополнительно снабжена приточно-вытяжными камерами, расположенными за пределами обочин и соединенными с вентиляционными каналами в верхней их части. Водоотводящие выпуски выполнены в виде поглощающих колодцев или асбоцеменных труб. При высоком уровне грунтовых вод на дне каналов могут быть продольно расположены дренажные трубы, а противозаиливающий слой может устраиваться как замкнутым по периметру щебня, так и с открытой верхней частью и выполняться из песка или нетканого синтетического материала.

Такое выполнение дорожной конструкции позволяет производить отвод паровой воды (как источника водонакопления) из рабочей зоны дороги, поддерживать положительную температуру в нижней части рабочей зоны для исключения возникновения пучин в наиболее водонасыщенной части зоны промерзания за счет подпитки естественным теплом земли.

На фиг.1 и 2 показаны два возможных варианта выполнения дорожной конструкции; на фиг.3 колебание суточной температуры воздуха в летний период на поверхности дорожной одежды и по ее глубине с образованием в ней конденсата; на фиг.4 процесс осушения земляного полотна удалением влажного воздуха через вентиляционные каналы, где W влажность земляного полотна; t_кан температура воздуха в канале; Р_кан давление водяных паров в канале; t_з.п. температура в земляном полотне; Р_з.п. давление водяных паров в земляном полотне; на фиг.5 образование конденсата при понижении температуры земляного полотна.

Дорожная конструкция состоит из существующего земляного полотна 1, дорожной одежды 2 с подстилающим слоем 3, обочин 4, водоотводящих выпусков в виде поглощающих колодцев 5 или асбоцементных труб 6, вентиляционных каналов 7, засыпанных щебнем 8, противозаиливающего слоя 9, пароизоляции 10, теплоизолирующей прослойки в виде обоймы 11, асфальтобетонного покрытия 12, расположенного непосредственно над каналами, приточно-вытяжных камер 13.

Дорожная конструкция устраивается следующим образом.

В теле земляного полотна под обочинами существующей автомобильной дороги в пониженных местах продольного профиля устраивают водоотводящие выпуски в виде поглощающих колодцев путем бурения скважин или асбоцементные трубы, которые укладывают в поперечном направлении к оси дороги. Затем непосредственно под обочинами нарезаются траншеи шириной не менее 0,5 м и на глубину не менее 1,5 м для размещения конструктивных частей вентиляционного канала. Непосредственно после этого производится устройство противозаиливающего слоя из нетканого синтетического материала или крупнозернистого песка, служащего для защиты канала от попадания в него пылеватых и глинистых частиц. Этот слой может выполняться как замкнутым по периметру, так и с открытой верхней частью. Затем укладывается пароизоляция в нижней части канала из рубероида, гидроизола, полиэтиленовой пленки, предназначенная для исключения подпитки канала снизу парами воды, которые поднимаются вверх вместе с теплым воздухом, при необходимости укладывается дренажная продольно расположенная труба для отвода грунтовых вод. Далее производится засыпка вентиляционного канала щебнем прочных пород фракции 40-70 мм до уровня низа песчаного подстилающего слоя, причем в случае применения в качестве противозаиливающего слоя песка укладка щебня производится одновременно с песком. После этого укладывается верхняя пароизоляция, служащая для исключения попадания водонасыщенного воздуха в верхнюю часть вентиляционного канала, что обеспечивает поддержание дорожной одежды в сухом состоянии в течение всего года и тем самым способствует улучшению теплоизоляционных свойств ее конструктивных элементов. По пароизоляции устраивают теплоизолирующую прослойку в виде замкнутой обоймы, заполненной материалами типа шлама, керамзита, пенопласта и обернутой нетканым синтетическим материалом. Прослойка предназначена для сохранения положительной температуры в нижней части канала за счет использования естественного тепла земли. После этого засыпают верхнюю часть вентиляционного канала щебнем прочных пород фракций 40-70 мм, который способствует удалению водонасыщенных паров, образующихся в дорожной одежде за счет перепада суточных температур, и тем самым осушая ее. Поверхность канала закрывается покрытием из плотной асфальтобетонной смеси толщиной 6 см. Данное покрытие предупреждает инфильтрацию поверхностных вод и обеспечивает достаточную герметичность вентиляционных каналов.

Далее за пределами обочин устраивают приточно-вытяжные камеры, которые располагают в верховых и низовых местах по оси автомобильной дороги и соединяют с вентиляционными каналами в верхней их части. Приточно-вытяжные камеры служат для удаления переувлажненного воздуха из каналов за счет разности высоты их расположения летом и за счет разности температур воздуха в каналах и на поверхности земли в зимний период. При этом зимой используются только камеры, расположенные в верховых местах. Для улучшения удаления переувлажненного воздуха возможна установка в камерах вентиляторов.

Процессы, происходящие в теле дорожной конструкции, объясняются следующим образом.

Вследствие большой амплитуды колебаний температуры (фиг.3) на поверхности дорожного покрытия в летний период происходит подпитка водяными парами верхней части дорожной одежды в дневное время с образованием в ней конденсата 14 в ночные часы, который, опускаясь, переувлажняет верхнюю часть земляного полотна даже при отсутствии близкого расположения грунтовых вод. Особенно это опасно в предзимний период перед началом промерзания, что приводит к короблению дорожной одежды с ухудшением ровности покрытия.

Для ликвидации отрицательных последствий переувлажнения верха земляного полотна служат вентиляционные каналы, которые уменьшают амплитуду колебаний температуры и служат для удаления водонасыщенных паров за счет разности их давлений (фиг.4) с предупреждением образования конденсата. При этом интенсивность смены воздуха в каналах определяется разностью расположения приточно-вытяжных камер по высоте и сезонности года. Так, при dP<0,t_Кан<t_з.п. необходимо закрывать низовые камеры на зимний период и утеплять выход верховых.

По мере промерзания дорожной одежды (фиг.5) под зоной 15 промерзания образуется зона перехода воды из парообразного состояния в жидкое, т.е. происходит снижение парового давления, что приводит к последующему его увеличению, и так до насыщения конденсатом пустот в теле земляного полотна, образованных ледообразованием предшествующих периодов. Для исключения отрицательных последствий переувлажнения земляного полотна в зимний период служат вентиляционные каналы, которые обеспечивают прием конденсата, насыщенного водяными парами воздуха, а также уменьшение глубины промерзания за счет использования тепла земли.

Применение предлагаемой дорожной конструкции позволяет:
в кратчайшие сроки восстановить высокие транспортно-эксплуатационные характеристики автомобильных дорог на длительный период времени;
снизить последующие эксплуатационные затраты;
увеличить несущую способность (модуля упругости) дорожной одежды, что обеспечивает пропуск автомобильного транспорта с большими нагрузками на ось, и исключить закрытие дорог в зимне-весенний период,
производить капитальный ремонт и в случае необходимости уменьшить уровень загрузки автомобильной дороги со значительно меньшими затратами;
снизить стоимость восстановления дорожного покрытия после устройства вентилируемой дорожной одежды по сравнению со стандартными методами (с учетом срока службы).

Использование: в строительстве и реконструкции автомобильных дорог. Сущность изобретения: дорожная конструкция состоит из земляного полотна, дорожной одежды, обочин, вентиляционных каналов, водоотводящих выпусков и приточно-вытяжных камер. При этом вентиляционные каналы заполнены щебнем и расположены под обочинами. Кроме того, каналы выполнены с покрытием из асфальтобетона и снабжены теплоизолирующей прослойкой в виде обоймы, расположенной на уровне подстилающего слоя из песка, противозаиливающим слоем, который огибает нижнюю часть канала до обоймы. Этот слой может быть выполнен как замкнутым по периметру щебня, так и с открытой верхней частью. Под обоймой и на дне канала расположена пароизоляция. Приточно-вытяжные камеры расположены за пределами обочин и соединены с каналами в верхней их части. При необходимости приточно-вытяжные камеры могут быть снабжены вентиляторами. Водоотводящие выпуски выполнены в виде поглощающих колодцев или асбоцементных труб. При высоком уровне грунтовых вод дно каналов может быть снабжено дренажными трубами. 3 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. ДОРОЖНАЯ КОНСТРУКЦИЯ, включающая земляное полотно, дорожную одежду с подстилающим слоем, обочины, вентиляционные каналы, заполненные щебнем и расположенные в теле земляного полотна влоль оси дороги, и водоотводящие выпуски, отличающаяся тем, что вентиляционные каналы выполнены с покрытием из асфальтобетона, расположены под обочинами и снабжены теплоизолирующей прослойкой в виде обоймы, расположенной на уровне подстилающего слоя из песка, противозаиливающим слоем, огибающим нижнюю часть канала до обоймы, и пароизоляцией, которая расположена под обоймой и на дне канала, при этом дорожная конструкция дополнительно снабжена приточно-вытяжными камерами, расположенными за пределами обочин и соединенными с вентиляционными каналами в верхней их части, а водоотводящие выпуски выполнены в виде поглощающих колодцев или асбоцементных труб. 2. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что противозаиливающий слой выполнен из песка или нетканого синтетического материала и расположен по периметру вентиляционного канала или по периметру канала с открытой верхней частью. 3. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что вентиляционные каналы при высоком уровне грунтовых вод дополнительно снабжены продольно расположенными дренажными трубами, установленными в нижней части каналов на противозаиливающем слое. 4. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что приточно-вытяжные камеры снабжены вентиляторами.