СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА Российский патент 2003 года по МПК E01C3/00 E01C3/06 E02D17/20 

Изобретение относится к области строительства автомобильных дорог, в частности возведения земляного полотна на грунтах с низкой несущей способностью, из грунтовых блоков, преимущественно в зимнее время.

Известен способ возведения земляного полотна, состоящий из следующих основных рабочих операций: разработка и выемка грунта из резерва, перемещение грунта в насыпь, разравнивание его и уплотнение [Проектирование, строительство и эксплуатация лесовозных дорог: учебник для вузов./ Б.А. Ильин, Б.И. Кувалдин. - М.: Лесная промышленность, 1982, 384 с.].

Недостатком известного способа возведения земляного полотна является то, что в местах с низкой несущей способностью грунта период, в который можно использовать дорожно-строительные машины сравнительно небольшой.

Наиболее близким к заявляемому решению является способ возведения земляного полотна в зимнее время года, когда вода в грунтах находится в кристаллическом состоянии. При этом способе возникает необходимость в разрушении верхнего, мерзлого слоя грунта и удаление его в отвал, после чего следует набор талого грунта из резервов, перемещение его в насыпь, разравнивание и уплотнение [Строительство автомобильных дорог. Т.I. Учебник для вузов./ Н.Н. Иванов, В.К. Некрасов, С.М. Полосин-Никитин, Е.П. Андрулионис, С.В. Коновалов, М. С. Коганзон, Е.И. Богатырева. Под ред. В.К. Некрасова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт. - 1980. - 196-200 с.].

Известный способ имеет следующие недостатки: во-первых, прочность у мерзлых грунтов выше, чем у талых и в процессе строительства толщина слоя промерзания будет увеличиваться, следовательно, энергозатраты на разработку мерзлого грунта будут значительно выше, чем в весенне-летний период строительства; во-вторых, требуется перемещать дополнительные объемы мерзлого грунта в отвал, так как использование мерзлого грунта в насыпи допускается в ограниченных объемах; в-третьих, при перемещении грунта из резерва в насыпь происходит его разрыхление и возникает необходимость в его последующем уплотнении. Все вышеперечисленные технологические операции приводят к дополнительным энергозатратам.

Изобретение решает задачу по снижению энергоемкости процесса возведения земляного полотна, а значит, и строительства дороги в целом.

Технический результат заключается в снижении энергоемкости процесса без снижения прочностных показателей существующих способов строительства дорог.

Для достижения указанного технического результата в способе возведения земляного полотна, включающем выемку грунта из резерва, формирование земляного полотна перемещением в насыпь, разравниванием и уплотнением грунта, отличием является то, что выемку грунта производят путем нарезки промерзлых грунтовых блоков вертикальными швами и отрывом их от основного массива по границе промерзания, а формирование путем укладки грунтовых блоков нижним основанием вверх.

Проводят нарезку промерзлых грунтовых блоков, покрытых теплоизолирующим материалов, высота покрова которого определяется по формуле

где λ - коэффициент теплопроводности грунта, ккал/м•ч•^oС;
λ_сн - коэффициент теплопроводности теплоизолирующего материала, ккал/м•ч•^oС;
Т - время промерзания, ч;
δ_м - объемный вес скелета грунта, кг/м³;
ρ - теплота кристаллизации льда, ккал/кг;
w - влажность грунта, доли единиц;
w_нз - количество незамерзшей влаги, доли единиц;
w_м - содержание миграционной влаги, доли единиц;
С - объемная теплоемкость грунта, ккал/м³•^oС;
t_в - температура воздуха, ^oС;
t_зам - температура замерзания грунта, ^oС.

В качестве теплоизолирующего материала используют снег.

Анализ заявленного изобретения и существующего способа возведения земляного полотна показывает, что исключается рыхление всего грунтового массива, в связи с чем удельная энергоемкость процесса подготовки, выемки и перемещения грунта в земляное полотно станет значительно ниже по сравнению с существующим методом. Необходимо указать на то, что энергоемкость процесса нарезки вертикальных швов при подготовке грунтовых блоков составляет около 10% от энергоемкости разрушения всего мерзлого грунтового массива, удаляемого по существующей технологии в отвал. Используя отрыв по границе талый - мерзлый грунт при отрыве блока от основного массива, происходит увеличение объема блока на 25% (от его массы) за счет внутреннего сцепления частиц грунта, что также снижает в конечном итоге энергоемкость процесса.

Основное влияние на глубину промерзания грунтового массива оказывают продолжительность периода с отрицательными температурами воздуха и температура воздуха в этот период. Для получения грунтовых блоков заданной высоты необходимо поддерживать глубину промерзания грунтового массива постоянной. Это достигается путем использования теплоизолирующего материала. Для этого может быть использован снег. Необходимая высота снежного покрова для поддержания постоянной глубины промерзания грунтового массива определяется на основе теплотехнических расчетов по предложенной авторами формуле. Данная формула была выведена нами на основе теоретических зависимостей по теплотехническим расчетам для определения параметров теплоизолирующего материала при заданной глубине промерзания грунтового массива (высоте грунтовых блоков).

Анализ патентов и научно-технических источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявленный способ возведения земляного полотна соответствует условию "новизна".

В целях установить, соответствует ли представленный способ возведения земляного полотна условию "изобретательский уровень", была проведена дополнительная работа, по результатам которой можно сказать, что существующий способ строительства и известный уровень техники не оказывают существенного влияния на достижение технического результата в представленном изобретении.

Это позволяет сделать вывод о соответствии представленного способа условию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено поперечное сечение земляного полотна и боковых резервов; на фиг.2 - вид сверху земляного полотна и боковых резервов; на фиг.3 - продольное сечение земляного полотна; на фиг.4 - продольное сечение бокового резерва.

Способ возведения земляного полотна осуществляется следующим образом. В зимнее время года в боковых резервах проводят подготовку грунтовых блоков путем нарезки вертикальных швов в земляном массиве. Отделение грунта от основного массива осуществляется по границе промерзания, возведение земляного полотна осуществляется укладкой грунтовых блоков нижним основанием вверх непосредственно из боковых резервов в земляное полотно дороги при помощи манипулятора с клещевым захватом.

Размеры блоков устанавливаются из запроектированных данных высоты земляного полотна. Заданная глубина промерзания определяется исходя из проектных данных на автодорогу, на основе этого определяется высота теплоизолирующего материала.

На фиг. 1 показаны грунтовые блоки 1, уложенные в земляное полотно. Они имеют боковые кромки 2 и нижнее основание 3. Кроме этого, на фиг.2 показаны продольные швы 4 и забои 5.

Пример 1. Перед возведением земляного полотна в боковых резервах дорожной полосы формируют грунтовые блоки длиной 3,5 м, шириной 0,6 м и высотой 0,5 м путем нарезки продольных швов. Затем производится отделение грунтового блока от основного массива способом отрыва, после чего блоки укладываются в земляное полотно основанием вверх. Для обеспечения отрыва в начале участка закладывается забой. При формировании и укладке грунтовых блоков средняя температура окружающей среды составляла -15^oС.

Пример 2. Необходимо получить блоки высотой 1 м, длиной 3,5 м, шириной 0,6 м через 30 дней после начала строительства. В качестве теплоизолирующего материала используют снег. Для этого рассчитывают высоту снежного покрова, необходимую для предотвращения промерзания грунтового массива глубже чем 1 м:

где λ - коэффициент теплопроводности грунта, ккал/м•ч•^oС;
λ_сн - коэффициент теплопроводности теплоизолирующего материала, ккал/м•ч•^oС;
Т - время промерзания, ч;
δ_м - объемный вес скелета грунта, кг/м³;
ρ - теплота кристаллизации льда, ккал/кг;
w - влажность грунта, доли единиц;
w_нз - количество незамерзшей влаги, доли единиц;
w_м - содержание миграционной влаги, доли единиц;
С - объемная теплоемкость грунта, ккал/м³•^oС;
t_в - температура воздуха, ^oС;
t_зам - температура замерзания грунта, ^oС

Остальные действия аналогично примеру 1.

Заявленный способ дает возможность возведения земляного полотна на переувлажненных грунтах, осуществления строительства в период с отрицательными температурами воздуха, что позволит увеличить сроки строительства дорог и снизить стоимость возведения земляного полотна, а значит, и дороги в целом.

Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Изобретение относится к области строительства автомобильных дорог, в частности возведения земляного полотна на грунтах с низкой несущей способностью, из грунтовых блоков, преимущественно в зимнее время. Способ включает выемку грунта из резерва, формирование земляного полотна перемещением в насыпь, разравниванием и уплотнением грунта. Новым является то, что выемку грунта производят путем нарезки промерзлых грунтовых блоков вертикальными швами и отрывом их от основного массива по границе промерзания, а формирование - путем укладки грунтовых блоков нижним основанием вверх. Технический результат изобретения состоит в снижении энергоемкости процесса, без снижения прочностных показателей существующих способов строительства дорог. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ возведения земляного полотна, включающий выемку грунта из резерва, формирование земляного полотна перемещением в насыпь, разравниванием и уплотнением грунта, отличающийся тем, что выемку грунта производят путем нарезки промерзлых грунтовых блоков вертикальными швами и отрывом их от основного массива по границе промерзания, а формирование - путем укладки грунтовых блоков нижним основанием вверх. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят нарезку промерзлых грунтовых блоков, покрытых теплоизолирующим материалом, высота покрова которого определяется по формуле

где λ - коэффициент теплопроводности грунта, ккал/м•ч•^oC;
λ_сн - коэффициент теплопроводности теплоизолирующего материала, ккал/м•ч•^oC;
Т - время промерзания, ч;
δ_м - объемный вес скелета грунта, кг/м³;
ρ - теплота кристаллизации льда, ккал/кг;
w - влажность грунта, доли единиц;
w_нз - количество незамерзшей влаги, доли единиц;
w_м - содержание миграционной влаги, доли единиц;
С - объемная теплоемкость грунта, ккал/м³•^oC;
t_в - температура воздуха, ^oC;
t_зам - температура замерзания грунта, ^oC. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве теплоизолирующего материала используют снег.