АВТОМОБИЛЬНАЯ ДОРОГА И СПОСОБ ЕЕ СТРОИТЕЛЬСТВА Российский патент 2001 года по МПК E01C5/10 

Изобретение относится к области дорожного строительства с виброактивным водопроницаемым покрытием из блочных лежней на неметаллической арматуре и может быть использовано для автомобильных дорог в условиях сложного климата для самоосушения.

Наиболее близким аналогом по достигаемому техническому результату является дорожная конструкция, включающая сборное водопроницаемое покрытие из лежней, выполненных из блоков, смонтированных на стержне неметаллической арматуры через центральное сквозное отверстие, размещенных на основании дороги с образованием между вертикальными поверхностями блоков смежных щелей, заполненных, например, бетонными блоками. Способ строительства дороги с водопроницаемым покрытием из лежней включает монтаж блоков из лежней на стержень неметаллической арматуры, укладку лежней на основание дороги рядами с образованием щелей между блоками смежных лежней и заполнение щелей материалом заполнения (см. DE 3200184 A1, 14.07.1983).

Недостатками указанного наиболее близкого аналога являются наличие бетонных блоков в щелях между лежнями, которые имеют плоскую поверхность на плоской поверхности основания дороги. Этот недостаток ослабляет сцепление автодороги с основанием дороги, что не предотвращает смещение ее лежней. Другим недостатком является удорожание конструкции дороги за счет стоимости бетонных блоков в качестве материала заполнения при отсутствии функций для борьбы с механическими нагрузками. Лежни не содержат в своей конструкции виброгасящих и демпфирующих прокладок. Отсутствует свободное скольжение арматурных стержней, что создает условия для неравномерного распределения статических и динамических нагрузок. В описании изобретения нет сведений о применении в качестве арматурного материала упрочненных волокон. Наличие бетонных блоков в щелях между лежнями не обеспечивает должного эффекта для самоосушения автомобильной дороги, что желательно для улучшения экологических характеристик окружающей дорогу местности.

Недостатком в части способа строительства дороги является то, что применяются стержни неметаллической арматуры, например, из капрона, изготовляемые из газов подземных кладовых, запасы которых быстро убывают. Известно также, что изготовление стержней неметаллической арматуры из капрона требует затрат на оборудование. Изготовленный стержень из капрона во время работы на растяжение и изгиб подвергается значительной вытяжке, если не будет подвергнут физико-химической обработке, которая упрочняет стержень. Наиболее целесообразно будет применение неметаллической арматуры из растительных волокон, например льна, сизаля и других, запасы которых неисчерпаемы. Изготовление автомобильной дороги по способу, указанному в прототипе, не обеспечивает дорожному покрытию крайне необходимой виброактивности.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание водопроницаемой автомобильной дороги, обладающей улучшенной экологией, виброзащитой, демпфирующими свойствами, отсутствием металла в конструкции, возможностью самоосушения, продолжительностью эксплуатации.

Также технической задачей изобретения является применение щебня в качестве заполнителя пространства щели между вертикальными поверхностями блоков смежных лежней, применение неметаллической арматуры, изготовленной из растительного материала, например льна, а также предварительное натяжение лежней с приданием виброактивности рабочей поверхности дороги.

Данные задачи решаются за счет того, что в автомобильной дороге, включающей сборное водопроницаемое покрытие из лежней, выполненных из блоков, смонтированных на стержне неметаллической арматуры через центральное сквозное отверстие, размещенных на основании дороги с образованием между вертикальными поверхностями блоков смежных щелей, заполненных, например, бетонными блоками, согласно изобретению предварительно напряженные лежни выполняют из блоков квадратного сечения, смонтированных на стержни неметаллической арматуры, углы блоков лежней вдоль длины усилены стержнями с анкером в материале блока, а на стержне неметаллической арматуры, между торцами блоков, размещены демпфер и виброизолирующие прокладки, в качестве заполнителя пространства между смежными лежнями использован щебень, уплотненный прессованием, производят уплотнение смежными лежнями с образованием всестороннего обжатия щебня и блоков лежня, при этом ликвидируется обратный конструктивный выгиб лежня.

В части способа указанные задачи решаются за счет того, что при строительстве автомобильной дороги с водопроницаемым покрытием из лежней, включающем монтаж блоков из лежней на стержень неметаллической арматуры, укладку лежней на основание дороги рядами с образованием щелей между блоками смежных лежней и заполнение щелей материалом заполнения, согласно изобретению блокам лежней придают форму дуги, фиксируют торцы лежней в углублении, выпрямляют дугу лежня, создают продольное предварительное напряжение и монтируют лежни на основании дороги, например, через 20-30 мм, помещают в образовавшиеся щели сначала удлиненные камни вертикально вниз, затем запрессовывают с усилием в щели массу разномерных и массивных камней, создают поперечное предварительное напряжение лежней с боков и создают объемное предварительное напряжение по всему объему покрытия автомобильной дороги.

Изобретения поясняются чертежами, где на фиг. 1 представлена автомобильная дорога в поперечном разрезе;
на фиг. 2 - продольный разрез блока;
на фиг. 3 - боковой вид лежня;
на фиг. 4 - вид сверху фрагмента дороги.

При этом 1 - блок; 2 - сквозное центральное отверстие для стержня неметаллической арматуры; 3 - арматурный стержень для усиления угловой поверхности блока; 4 - анкер стержня; 5 - плоский щебень; 6 - щебень объемной формы; 7 - уступ блока; 8 - клиновая демпфирующая прокладка; 9 - плоская виброгасящая прокладка.

Каждый блок 1 для усиления углов содержит арматурный неметаллический стержень 3 с анкером 4 и центральное сквозное отверстие для стержня свободноскользящей неметаллической арматуры, изготовленной из растительных волокон в связующей пропитке. В процессе изготовления неметаллической арматуры связующая пропитка подвергается воздействию магнитных полей, переменного и постоянного, при растяжении. По сравнению с синтетическими волокнами волокна растительного происхождения, например из льна, лучше подвергаются специальной физико-химической обработке, при этом увеличивается сопротивление разрыву и деформациям от пневматиков.

Щели между лежнями заполняются двумя разными формами камней щебня: плоской 5 и объемной 6 форм. Камни щебня плоской формы 5 внизу своей нижней частью помещены в желоб, выполненный под щелью в основании дороги, что обеспечивает постоянное их положение от смещений. Камни щебня объемной формы 6 размещены в щели до уровня дороги.

Камни щебня в прессованном виде поднимают воду снизу дороги, подобно фитилю, при смачивании. При этом во время движения транспорта создается над щелью и в щели разрежение воздуха, которое осушает камни в щели, что крайне необходимо в дождливое время года. В сухое время года выдувается глина, песок, но это прекращается после очищения от пыли щелей.

Строительство автомобильной дороги начинается на заранее подготовленном основании. Лежни возможно изготовлять круглый год из заранее заготовленных блоков, стержней арматуры и перемычек.

Представляется возможность осуществлять отправку лежней заказчикам круглый год.

В условиях города ремонт подземных коммуникаций легко осуществлять быстро с минимальными земельными работами. Рабочая поверхность дороги заменяется другой поверхностью лежней переворачиванием, одной из четырех, через 50 лет.

Укладка лежней на заранее заготовленное полотно дороги происходит с образованием между вертикальными поверхностями блоков смежных лежней щелей, заполняемых снизу плоскими камнями щебня 5, затем камнями щебня объемной формы 6. Плоские камни 5 щебня размещены в желобе дороги под щелью для усиления сцепления дороги с ее основанием, что обеспечивает состояние дороги в статике.

К ранее уложенным лежням поджимают последующие, уплотняя таким образом щебень в щелях. Затем лежни обжимают сверху резиновыми катками для ликвидации обратного конструктивного выгиба, созданного клиновой прокладкой. При этом арматурный стержень подвергается напряжению растяжением, а блоки лежня сжимаются, таким образом осуществляется предварительное напряжение стержня арматуры за счет свободного их скольжения в центральных сквозных отверстиях блоков в динамике. В результате рабочая поверхность лежней и щебня между ними подвергаются обжатию, а вся поверхность автомобильной дороги становится виброактивной, что позволяет более равномерно распределять нагрузки динамического характера и гасить их прокладками в лежнях между блоками. При этом удар колес транспортных средств о поверхность дороги ослабевает, что препятствует образованию ям, сколов и других видов разрушений дороги. Так работают силовые элементы автомобильной дороги при статических и динамических нагрузках. Движение грунтовой воды снизу осуществляется за счет смачиваемости сначала плоских камней 5, затем объемной формы камней 6 в атмосфере с пониженным давлением воздуха в щелях и на поверхности дороги, создаваемого колесами и кузовом автомашин. При движении воды сверху происходит промывание камней щебня и щелей между камнями щебня. Таким образом наблюдается самоочищение и самоосушение автомобильной дороги. Излишняя вода от дороги направляется на полив окружающей дорогу растительности.

У предлагаемого решения, по сравнению с наиболее близким аналогом, появляется новое качественное свойство состоящее в обеспечении экологического фактора - водообмена атмосферы с грунтом, достигаемое применением в конструкции автомобильной дороги щебня, обеспечивающего более лучшее самоосушение и самоочищение его камней разреженным воздухом во время движения автотранспорта.

Кроме того, щебень обеспечивает гашение волн механических колебаний в широком диапазоне частот. Применение свободноскользящего неметаллического арматурного стержня из растительных волокон, вместо синтетических, позволяет осуществить более лучшее упрочнение материала растительного происхождения за счет пропитки связующих капилляров растительных волокон.

Как известно, синтетические волокна не имеют капилляров, поэтому пропитка внутри синтетических волокон отсутствует и, как правило, находится на поверхности волокна. Льняное волокно более лучше пропитывается связующим и надежно упрочняется магнитной обработкой.

Предварительное напряжение неметаллического стержня и обжатие щебня в щелях между смежных лежней создают условия для образования и сохранения виброактивности дорожного покрытия автомобильной дороги после ликвидации обратного конструктивного выгиба, созданного клиновой прокладкой лежня, при этом лежень принимает и сохраняет прямолинейность, созданное предварительное напряжение, обжатие камнями щебня в щели, свободное скольжение арматурного неметаллического стержня, способность гашения и демпфирования механических колебаний. Таким образом создается всестороннее обжатие.

Способ строительства автомобильной дороги осуществляется следующим образом.

Блоки 1 монтируют на стержне 2 неметаллической арматуры, предают им первоначальную форму дуги для последующего предварительного напряжения, фиксируют торцы стержня неметаллической арматуры 2 в углублениях 7, радиально деформируют дугу, например, до высоты обратного конструктивного выгиба величиной 15 - 20 мм, монтируют лежни на основании дороги, например, с образованием щелей между ними в 20 - 30 мм, помещают в образовавшиеся щели вниз удлиненные камни 5 вертикально вниз, запрессовывают в щели разномерные камни, затем разномерные в середину и вверху удлиненные камни 6 большей массы. Одновременно прессуют лежни и камни щебня до образования объемного предварительного напряженного покрытия автомобильной дороги с возможностью проникновения воды через щели между камнями щебня в канаву.

В статическом состоянии элементы лежневой дороги напряжены следующим образом:
- стержень неметаллической арматуры растянут и напряжен блоками лежня;
- лежень с блоками, демпфером и прокладками сжаты;
- боковые поверхности лежней обжаты запрессованным между ними щебнем 5,6;
- камни щебня 5 удлиненной формы в зацеплении между собой и под поверхностным слоем основания препятствуют сдвигу лежней;
- между поверхностями камней щебня 5,6 в щелях между лежнями сохранены зазоры для пропуска воды и воздуха;
- верхние удлиненные камни щебня 6 соприкасаются поверхностями в обжатом состоянии, входят в зацепление с трением поверхностей, фиксируют общую массу щебня и лежни в объеме покрытия дороги.

Автомобильная дорога в условиях динамических нагрузок обеспечивает гашение вибрации прокладками 9, ударные нагрузки гасятся демпфером 8, стержнями неметаллической арматуры 2,3,4, камнями щебня 5,6, а также общей массой покрытия дороги, находящейся в состоянии объемного предварительного напряжения. При этом обеспечивается пропуск воды через зазоры в направлении канавы вибрацией.

Стержень неметаллической арматуры 3 и его анкер 4 усиливают углы бетонных лежней и предохраняют от разрушения. Чем меньше ширина щели между лежнями, тем более надежно сохраняется целостность углов лежней, но при этом уменьшается экономичность дороги. Ширина щели заимствована от рельсов железнодорожного пути, которая может быть изменена с учетом диаметра колес, массы экипажа и скорости его перемещения. Стержень неметаллической арматуры обработан для применения в условиях ударных нагрузок и предназначен для гашения механических импульсов, которые поступают от колес транспорта на лежни, смонтированные поперек направления движения транспорта. Возможно применение лежней с продольным расположением относительно направления движения транспорта. При этом колеса транспортных средств, перемещаясь вдоль лежней и щелей между ними, будут во время движения перекрывать щели и уплотнить их содержимое заподлицо с поверхностью автомобильной дороги, что позволит увеличить ширину щелей и сделать поверхность дороги более экономичной, а также увеличить водопроницаемость. Кроме того, усиливающий углы лежней стержень 3 с анкером 4 будут более надежно прижиматься к материалу лежней и менее подвергаться деформациям изгиба за счет уменьшения удельного давления на свою поверхность, поджимаемую вверх щебнем в щели.

Также имеется возможность применения монтажа лежней в промежуточном варианте под углом, например, в 45^o. Такое расположение лежней под углом к направлению движения транспорта будет наиболее целесообразным при изменении направления движения на поворотах, подъемах и спусках. При этом желательно, чтобы лежни подвергались внешней нагрузке посередине, т.е. там, где сохранился обратный конструктивный выгиб с минимальной величиной. Это несложно выполнить при монтаже дороги с соответствующими размерами блоков лежней, что уменьшит концентрацию перегрузок для уложенных плашмя на основание дороги блоков лежней.

Экономические преимущества заявленной автомобильной дороги.

1. Отсутствие применения металла.

2. Наличие щелей с запрессованным щебнем позволяет экономить лежни. Так, например, только при ширине щели 30 мм и величине квадратного лежня 300 мм на 1 км сохраняется 208 шт. лежней.

3. Упрощается ремонт автомобильной дороги, путем замены поврежденных лежней переворотом на неповрежденную сторону и укладкой плашмя.

4. При сравнении шпал и лежней с квадратным поперечным сечением видно, что использование в каждой рабочей поверхности из 4-ых возможно через 50 лет. Шпала на железной дороге работает 50 лет, после чего ее бракуют. Лежни с квадратным поперечным сечением через каждые 50 лет возможно перевернуть и продолжать эксплуатацию дороги 200 лет.

5. Наиболее целесообразно применение лежневой дороги в условиях города при частых вскрытиях проезжей части. Кроме того, обеспечивается гашение вибрации и демпфирование ударных нагрузок, чем сохраняются дома от разрушения ударными нагрузками.

6. Наиболее ценным в заявленной конструкции автомобильной дороги является обеспечение ее работы в условиях затопления, во время дождей, в период межсезонья. В частности, созданы препятствия образованию сплошной наледи щебнем 6.

7. Наличие щелей между лежнями сокращает тормозной путь и увеличивает скорость движения на автомобильной дороге.

8. Возможно удлинение лежней соединением их с другими оплавлениями, например, газовой горелкой.

9. Упрощается строительство и ремонт автомобильной дороги заранее изготовленными на заводе лежнями и перевезенными на место строительства. Их перевозка не встречает технологических трудностей и не зависит от времени года. Возможны механизация и уменьшение рабочей силы. Не требуется создания нового оборудования, кроме переустройства обычного навесного вибратора в щелевой, с увеличенной массой рабочего органа.

Заявленная конструкция автомобильной дороги отличается наличием объемного предварительного напряжения ее сборного покрытия в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

Так, например, предварительное напряжение вдоль лежней достигается применением обратного конструктивного выгиба и его последующего уменьшения. В результате стержень неметаллической арматуры подвергается предварительному растяжению, а блоки лежня - сжатию под воздействием внешней нагрузки в виде колес.

Поперечное предварительное напряжение лежней осуществляется запрессовкой в щелях между боковыми поверхностями камней щебня. При этом происходит взаимное защемление камней щебня, усиление механического контакта с поверхностями лежней и возрастание трения.

По вертикали предварительное напряжение сборного покрытия осуществляется всей массой его сочлененных элементов. Масса сборного покрытия увеличивается по всему объему в результате уплотнения предварительным напряжением.

Чередование водонепроницаемых лежней и водопроницаемых щелей обеспечивает противодействие сдвигу лежней, осуществляет гашение вибрации, демпфирование ударных нагрузок, отвод поверхностных и подземных вод, мойку и сушку камней лежней, улучшает экологию местности ликвидацией застойных вод, сохраняет объемное предварительное напряжение.

Изобретение относится к области дорожного строительства с виброактивным водопроницаемым покрытием из блочных лежней на неметаллической арматуре и может быть использовано для автомобильных дорог в условиях сложного климата для самоосушения. Автомобильная дорога включает сборное водопроницаемое покрытие из лежней. Новым является то, что предварительно напряженные лежни выполняют из блоков квадратного сечения, смонтированных на стержни неметаллической арматуры, на стержне неметаллической арматуры, между торцами блоков, размещены демпфер и виброизолирующие прокладки, в качестве заполнителя пространства между смежными лежнями использован щебень. Способ строительства автомобильной дороги включает монтаж блоков из лежней на стержень неметаллической арматуры, укладку лежней на основание дороги рядами. Новым является то, что блокам лежней придают форму дуги, выпрямляют дугу лежня, создают продольное предварительное напряжение и монтируют лежни на основании дороги. Технический результат состоит в создании водопроницаемой автомобильной дороги, обладающей улучшенной экологией, виброзащитой, демпфирующими свойствами, отсутствием металла в конструкции, возможностью самоосушения, продолжительностью эксплуатации. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

1. Автомобильная дорога, включающая сборное водопроницаемое покрытие из лежней, выполненное из блоков, смонтированных на стержне неметаллической арматуры через центральное сквозное отверстие, размещенных на основании дороги с образованием между вертикальными поверхностями блоков смежных щелей, заполненных материалом заполнения, отличающаяся тем, что предварительно напряженные лежни выполняют из блоков квадратного сечения, смонтированных на стержни неметаллической арматуры, углы блоков лежней вдоль длины усилены стержнями с анкером в материале блока, а на стержне неметаллической арматуры, между торцами блоков, размещены демпфер и виброизолирующие прокладки, в качестве заполнителя пространства между смежными лежнями использован щебень уплотненный прессованием, уплотнение щелей производят смежными лежнями с образованием всестороннего обжатия щебня и блоков лежня, при этом ликвидируется обратный конструктивный выгиб лежня. 2. Способ строительства автомобильной дороги с водопроницаемым покрытием из лежней, включающий монтаж блоков из лежней на стержень неметаллической арматуры, укладку лежней на основание дороги рядами с образованием щелей между блоками смежных лежней и заполнение щелей материалом заполнения, отличающийся тем, что блокам лежней придают форму дуги, фиксируют торцы лежней в углублении, выпрямляют дугу лежня, создают продольное предварительное напряжение и монтируют лежни на основании дороги, например, через 20 - 30 мм, помещают в образовавшиеся щели сначала удлиненные камни вертикально вниз, затем запрессовывают с усилием в щели массу разномерных и массивных камней, создают поперечное предварительное напряжение лежней с боков и создают объемное предварительное напряжение по всему объему покрытия автомобильной дороги.