ГЕОКОМПОЗИТНАЯ ПРОСЛОЙКА ДЛЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ Российский патент 2008 года по МПК E01C3/06 

Настоящее изобретение относится к конструктивным элементам транспортного сооружения и, в частности, к прослойкам в земляном полотне автомобильных и железных дорог. Оно также может найти применение в строительстве аэродромов и при возведении объектов промышленного и гражданского назначения.

Известна геокомпозитная прослойка, обладающая армирующими и капилляропрерывающими свойствами и применяемая в строительстве автомобильных дорог. Эта известная геокомпозитная прослойка образована из георешетки и одного слоя геоткани, закрепленного на одной из поверхностей георешетки. При этом сама георешетка имеет двухуровневую структуру размещения элементов (полос, струн, волокон), образующих в георешетке ячейки прямоугольной формы с размерами порядка 30×30 мм.

Такая геокомпозитная прослойка для земляного полотна автомобильной дороги имеет существенный недостаток: она не обладает высокими дренирующими свойствами и не обеспечивает регулирование влажностного режима земляного полотна, что ограничивает сферу ее применения в дорожном строительстве.

Известна геокомпозитная прослойка для земляного полотна автомобильной дороги в виде дренажного мата «Славрос». Эта прослойка обладает как капилляропрерывающими, так и дренирующими свойствами. Она образована из георешетки и закрепленных на ее верхней и нижней плоскостях двух слоев геоткани. В данной прослойке георешетка выполнена из синтетических полос, струн или волокон, размещаемых на определенных расстояниях друг от друга, с продольной и поперечной ориентацией относительно оси дороги. Во всех точках пересечения эти полосы, струны или волокна расположены в двух уровнях и скреплены между собой с образованием неразъемных узлов. Полосы, струны или волокна георешетки выполнены из одинакового материала, имеют равные размеры поперечного сечения и образуют в структуре геокомпозита прямоугольные ячейки с размерами в плане порядка 30×30 мм. Верхнему и нижнему слоям геоткани придана высокая фильтрующая способность, вследствие чего геокомпозитная прослойка получила название «дренажный мат». Одновременно такая конструкция обладает и свойством прерывания капилляров, образующихся в грунте земляного полотна, что уменьшает степень увлажнения грунтов рабочего слоя земляного полотна при высоком горизонте грунтовых вод.

Это известное техническое решение выбирается в качестве прототипа, так как направлено на решение задачи, которую решает и заявляемое изобретение, и имеет с ним наибольшее число общих существенных признаков.

Прототип обладает существенными недостатками. Во-первых, в ходе эксплуатации под воздействием вертикальных нагрузок слои геоткани прогибаются, смыкаются друг с другом в пределах ячеек, а ячейки георешетки заиливаются, вследствие чего геокомпозитная прослойка быстро утрачивает свои дренирующие свойства, что в свою очередь не позволяет обеспечить необходимую стабильность влажностного режима земляного полотна автомобильной дороги. Во-вторых, прослойка пропускает собранную в нее воду на поверхность земляного полотна, что в условиях распространения лессовых, просадочных или засоленных грунтов является недопустимым.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование известной геокомпозитной прослойки путем как повышения ее фильтрующих свойств за счет исключения возможности смыкания слоев геоткани в ячейках прослойки, так и придания прослойке водонепроницаемости на нижней ее плоскости.

Поставленная задача решена следующим образом.

В известной геокомпозитной прослойке для земляного полотна автомобильной дороги, содержащей георешетку и два слоя геоткани, из которых один расположен на верхней плоскости георешетки, а другой - на нижней, согласно настоящему изобретению, на нижней плоскости георешетки между георешеткой и нижним слоем геоткани дополнительно размещена водонепроницаемая пленка, а георешетке придана трехуровневая структура размещения составляющих ее элементов (полос, струн, волокон и т.п.). При этом элементам среднего уровня структуры георешетки придана высота сечения, превышающая высоту сечения элементов нижнего и верхнего ее уровней, что формирует в георешетке ячейки с размерами, препятствующими смыканию верхнего слоя геоткани с водонепроницаемой пленкой и нижним слоем геоткани. Верхний слой геоткани выполняется дренирующим, а нижний - защитным, для устранения механических повреждений пленки на контакте с грунтовыми частицами. Вся геокомпозитная прослойка выполнена в виде единой неразборной рулонной конструкции.

Такое техническое решение всей своей новой совокупностью существенных признаков позволяет создать геокомпозитную прослойку для земляного полотна автомобильной дороги, обладающую стабильными дренирующими, капилляропрерывающими свойствами и свойством водонепроницаемости по ее нижней плоскости, что обеспечивает незамачиваемость грунтов и надежный отвод воды в откосы земляного полотна при обеспечении проектного поперечного уклона в прослойке. Такое решение позволяет применять геокомпозитную прослойку взамен песчаного дренирующего слоя толщиной до 40 см и создавать требуемый для грунтов оптимальный влажностный режим в рабочем слое земляного полотна.

Получаемая новая совокупность существенных признаков обеспечивается изменением структуры георешетки, приданием ее элементам трехуровневого расположения, размещением на нижней плоскости георешетки водонепроницаемой пленки, а также применением в геокомпозитной прослойке двух различных типов геоткани с разным их функциональным назначением и соответственно разными физико-механическими свойствами.

По сравнению с прототипом заявляемое изобретение имеет существенные отличия, которые заключаются в следующем:

- применена георешетка с трехуровневой структурой расположения ее элементов, что позволяет уменьшить прогиб слоев геоткани в ячейках георешетки;

- ячейкам в структуре георешетки приданы размеры, которые препятствуют смыканию слоев геоткани, что в свою очередь исключает перекрытие каналов, отводящих воду в откосы земляного полотна и уменьшает степень заиливания прослойки; при этом элементы среднего уровня структуры георешетки имеют высоту сечения, превышающую высоту сечения элементов нижнего и верхнего ее уровней;

- применена водонепроницаемая пленка, предотвращающая проникание воды из прослойки в грунт рабочего слоя земляного полотна;

- применены два различных слоя геоткани, из которых один расположен на верхней плоскости георешетки и выполняет функцию фильтрационного материала, а другой - на нижней плоскости георешетки и под водонепроницаемой пленкой, что обеспечивает пленке защиту от повреждений и устойчивое положение на грунте.

Проведенный заявителем патентно-информационный поиск показал, что предлагаемая совокупность существенных признаков не обнаружена. Поэтому заявляемое изобретение можно признать новым.

Настоящее техническое решение имеет изобретательский уровень, так как оно для специалиста средней квалификации логически не следует из известного уровня техники.

Однако известны отдельные существенные признаки по заявляемому решению, но в иных сочетаниях, отличных от заявляемых сочетаний. Например, известна водонепроницаемая пленка, которая может быть выполнена в виде гидроизоляционного материала, размещаемого на вертикальных и горизонтальных элементах строительных конструкций.

Известно и применение в дорожном строительстве изобретения «Земляное полотно дороги» (см. А.С.1645377, опубл. 30.04.91). По этому изобретению прослойка земляного полотна выполнена из нетканого синтетического полотна, продольные кромки которого свернуты в виде труб, а между трубами этот материал расположен по поверхности грунта. В этом изобретении нетканый синтетический материал выступает в виде одного конструктивного элемента и выполняет одну несущую функцию.

Известно применение непроницаемой полимерной пленки для создания препятствий вертикальной фильтрации воздуха в почвенный слой на спортивной площадке (см. А.С.734373, опубл. 15.05.80). Для этого упомянутую пленку укладывают поверх фильтрующих плит, под покрытием. Пленку укладывают на плитах выборочно, что позволяет обеспечивать одним участкам спортивной площадки большую проницаемость, чем у других. В нашем случае водонепроницаемая пленка используется не поверх фильтрационных плит, а под георешеткой, которая вместе с верхним слоем геоткани выполняет, в том числе, и функцию фильтрационной плиты.

Известно применение гидроизоляционной рулонной прослойки, в которой используется водонепроницаемая пленка. Эта известная прослойка является разработкой фирмы «Ewald Doerken AG» и представляет собой комбинированный вариант гидроизоляцонного рулонного материала и дренажной системы - дренажного полотна, которое перфорировано и имеет фильтровальную ткань. Гидроизоляцонный рулонный материал имеет шипы, которыми он взаимодействует через фильтрационный материал с дренажным полотном. Однако эта конструкция применяется для образования вертикального пристеночного дренажа при сооружении стен, например, зданий или стен тоннелей, что резко отличается от условий практически горизонтальной эксплуатации предлагаемой конструкции геокомпозитной прослойки для земляного полотна автомобильной дороги.

В нашем случае - конструкция геокомпозитной прослойки многоэлементна и выполняет комплекс функций, предопределеных требованиями к земляному полотну автомобильной дороги: обеспечивать дренирование, капилляропрерывание, направленное водоотведение и предотвращение попадания воды на поверхность земляного полотна, причем обеспечение этих функций должно быть одновременным.

Таким образом, в заявляемом изобретении использованы известные конструктивные элементы, но в ином и отличном от известных случаев сочетании.

Сущность и практическая применяемость заявляемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где

Фиг.1 - поперечный разрез земляного полотна автомобильной дороги;

Фиг.2 - фрагмент продольного разреза предлагаемой геокомпозитной прослойки для земляного полотна автомобильной дороги;

Фиг.3 - вариант схемы размещения элементов георешетки в предлагаемой геокомпозитной прослойке для земляного полотна автомобильной дороги.

Предлагаемая геокомпозитная прослойка 1 для земляного полотна 2 автомобильной дороги (Фиг.1) имеет георешетку 3, фильтрующую геоткань 4, водонепроницаемую пленку 5, защитную геоткань 6, которая предохраняет пленку 5 от повреждений со стороны структурных частиц грунта 7 и обеспечивает устойчивое положение геокомпозитной прослойки на поверхности земляного полотна. Георешетка состоит из элементов 8, 9, 10 (Фиг.2, 3) с трехуровневой структурой их размещения. Средний уровень структуры образован из элементов 9, имеющих высоту сечения, превышающую высоту сечения элементов 8 и 10 верхнего и нижнего уровней (Фиг.2). Элементы 8, 9, 10 могут быть выполнены в виде полос, струн, волокон и изготовляться из металла или полимерных материалов. Элементы 8 и 10 ориентированы параллельно продольной оси дороги, а элементы 9 - перпендикулярно ей. Возможны и иные ориентации, которые для данного технического решения не являются принципиальными. Шаг размещения элементов 8, 9, 10 в структуре георешетки 3 выбран с учетом необходимости придания ячейкам 11 георешетки размеров, препятствующих смыканию геоткани 4 с водонепроницаемой пленкой 5 при их вертикальном загружении (Фиг.2, 3). Набор элементов заявляемой геокомпозитной прослойки обеспечивает образование в ней объемных полостей 11 (Фиг.2), предназначенных для приема и отвода воды.

Предлагаемая геокомпозитная прослойка для земляного полотна автомобильной дороги выполнена в виде единой неразборной рулонной конструкции. Она может быть изготовлена в заводских условиях и транспортироваться в рулонной упаковке с последующим ее развертыванием при укладке на земляное полотно с обеспечением прослойке проектного поперечного уклона.

Предлагаемая геокомпозитная прослойка для земляного полотна автомобильной дороги функционирует следующим образом. Под вертикальными нагрузками слои геоткани и пленки прогибаются внутрь ячеек 11 георешетки 3. Их смыканию препятствуют элементы 9 среднего уровня георешетки 3, размеры ячеек 11 и свойства защитной геоткани 6, прочность которой назначается выше прочности слоя фильтрационной геоткани 4. В структуре предлагаемой геокомпозитной прослойки сохраняются свободные полости 11 для приема воды сверху и ее отвода, что значительно уменьшает заиливаемость конструкции геокомпозитной прослойки, а наличие в ней водонепроницаемой пленки обеспечивает незамачиваемость поверхности земляного полотна, надлежащий влажностный режим грунтов и продлевает гарантийный срок эксплуатации автомобильной дороги.

Предлагается геокомпозитная прослойка для земляного полотна автомобильной дороги, обладающая стабильными дренирующими, капилляропрерывающими свойствами и водонепроницаемостью по ее нижней плоскости. Это обеспечивает незамачиваемость грунтов и надежный отвод воды в откосы земляного полотна при обеспечении проектного поперечного уклона в прослойке. Такое решение позволяет применять геокомпозитную прослойку взамен песчаного дренирующего слоя толщиной до 40 см и создавать требуемый для грунтов оптимальный влажностный режим в рабочем слое земляного полотна. Новым является то, что георешетка сверху и снизу имеет геоткань, а между нижней плоскостью георешетки и нижним слоем геоткани дополнительно размещена водонепроницаемая пленка, при этом георешетка имеет трехуровневую структуру размещения составляющих ее элементов, формирующих в георешетке ячейки с размерами, предотвращающими смыкание верхнего и нижнего слоев геоткани, причем элементы среднего уровня структуры георешетки имеют высоту сечения, превышающую высоту сечения элементов нижнего и верхнего ее уровней. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Геокомпозитная прослойка земляного полотна автомобильной дороги, содержащая георешетку и два слоя геоткани, расположенные на верхней и нижней плоскостях георешетки, отличающаяся тем, что между нижней плоскостью георешетки и нижним слоем геоткани дополнительно размещена водонепроницаемая пленка, при этом георешетка имеет трехуровневую структуру размещения составляющих ее элементов, формирующих в георешетке ячейки с размерами, предотвращающими смыкание верхнего и нижнего слоев геоткани, причем элементы среднего уровня структуры георешетки имеют высоту сечения, превышающую высоту сечения элементов нижнего и верхнего ее уровней.2. Геокомпозитная прослойка по п.1, отличающаяся тем, что верхний и нижний слои геоткани выполнены с различными физико-механическими свойствами, а георешетка, слои геоткани и водонепроницаемая пленка выполнены в виде единой неразборной рулонной конструкции.