ДОРОЖНАЯ КОНСТРУКЦИЯ Российский патент 2014 года по МПК E01C3/04 

Изобретение относится к области строительства и широко может быть использовано при возведении земляного полотна автомобильных и железных дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов, использовано в районах, характеризующихся глубоким сезонным промерзанием грунтов и высоким уровнем грунтовых вод, а также при устройстве оснований под плиты бессвайных фундаментов зданий и сооружений.

Известна конструкция земляного полотна, включающая для ее устройства применение зернистых материалов: щебеночные, песчано-гравийные смеси, шлаки и непучинистые грунты (Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа. М.: Транспорт, 1985 г., с.12).

Для возведения земляного полотна применяется послойное распределение и уплотнение грунта по всему поперечному сечению.

Уплотнение грунта должно быть близким к пределу прочности грунта. При недостаточных контактных давлениях необходимая плотность не может быть достигнута, а при превышении давлений возникают явления разуплотнения: волнообразование, выдавливание грунта в стороны (Гремышев Н.В. Технология и организация строительства автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1992 г., с.36).

Известно также основание дорожного и аэродромного покрытия, включающее уплотненный грунт, размещенный в оболочке из грунта, укрепленного вяжущими материалами (а. св. №601343, E01C 3/04), а также конструкция дорожной одежды с устройством уширения в виде трапеции щебеночной подушки проезжей части (патент RU №2394959, E01C 3/04).

Наиболее близким к изобретению является дорожная конструкция, включающая дорожную одежду, дренирующий слой, земляное полотно, верхняя часть которого заключена в гидроизоляционную обойму (патент RU №2035536, E01C 3/06).

Недостатком этого основания является то, что устройство его трудоемкое, включает в себя применение дорогостоящих материалов, сложную технологию строительства, а также выполнено без учета образования уплотненного жесткого ядра под покрытием дороги (Цитович Н.А. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1979 г., с.109-130). Следовательно, такое дорожное основание земляного полотна находится в фазе дальнейшего уплотнения и не отвечает максимальной несущей способности грунтов, допускает значительные просадки при эксплуатации.

Целью изобретения является достижение максимальной несущей способности земляного полотна, уменьшение его просадки при эксплуатации, создание оптимального водно-теплового режима земляного полотна и дорожной одежды.

Поставленная цель достигается путем возведения земляного полотна с устройством уплотненного жесткого ядра треугольной формы под дорожным покрытием из прочных легкоуплотняемых зернистых материалов, а также щебеночных, песчано-гравийных смесей, шлаков и непучинистых грунтов, обладающих дренирующими свойствами, с учетом φ-угла внутреннего трения грунта основания насыпи и С-сцепления грунта основания насыпи. Различие в очертании графиков, в данном случае песка и глины (обладающей способностью сцепления), обусловлено их свойствами (Фиг.3, Фиг.4). Максимальные касательные напряжения получаем в момент разрушения (сдвига грунта). В зависимости от геологических условий и применяемых грунтов в основании насыпи, жесткое ядро может устраиваться на подстилающем геотекстильном материале или гидроизолирующем слое из полиэтиленовой пленки. Геотекстильный материал или полиэтиленовая пленка уложенные из рулонов внахлест на 30-40 см в поперечном сечении сшиваются, либо склеиваются, либо свариваются и служат для обеспечения отвода воды из основания дорожного полотна в предусмотренную продольную дренажную систему с поперечным отводом в район водостоков, а также для перераспределения передаточной нагрузки от уплотненного ядра на основание дороги.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем: при устройстве конструкции дорожного основания, где верхний слой грунта является более хорошим (малосжимаемым), то есть Е₁ - модуль деформации грунта верхнего слоя - больше Е₂ - модуля деформации грунта нижнего слоя, то эпюра δ под центром тяжести дорожного покрытия будет с глубиной затухать быстрее (осадка минимальна). И наоборот, если верхний слой грунта является более слабым (с малым значением модуля деформации), то эпюра δ под центром тяжести дорожного покрытия будет с глубиной затухать медленнее, а следовательно, и осадка на таком грунте будет больше. Таким образом, возведение земляного полотна с устройством под дорожным покрытием жесткого ядра из прочных материалов, в зоне наибольших напряжений, обеспечит его минимальную просадку. Изменение эпюры вертикальных сжимающих напряжений в зависимости от деформируемости подстилающего слоя показано на (Фиг.5). Глубина (Н) заложения устраиваемого жесткого ядра в основание насыпи земляного полотна определяется шириной дорожного покрытия проезжей части, φ-углом внутреннего трения грунта и С-сцеплением грунта. Чем больше С-сцепление грунта, тем меньше глубина (Н₁) заложения жесткого ядра (Фиг.6).

Предлагаемую дорожную конструкцию устраивают в насыпи следующим образом. Сначала снимают верхний растительный слой с уплотнением грунта, затем методом послойного распределения и уплотнения грунта по всему поперечному сечению укладывают основание 1 из местного грунта близраположенных кюветов или резервов. Высота основания определяется продольным профилем дороги с учетом геометрии уплотненного жесткого ядра 2 для применяемых в основании земельного полотна грунтов. Затем в клине уплотненного жесткого ядра, устраивается продольный дренаж 3 с поперечными дренажными отводами 4 и водоотводными лотками насыпи 5 в районе водосборников. При этом поперечные дренажные отводы 4 устраиваются с уклоном не менее 2%, что обеспечивает сток воды из дренажной системы земляного полотна. Дальнейшая уплотнительная отсыпка основания земляного полотна производится традиционными методами с учетом устройства треугольного жесткого ядра из прочных легкоуплотняемых зернистых материалов, а также щебеночных, песчано-гравийных смесей, шлаков и непучинистых грунтов, обладающих дренирующими свойствами, до проектной отметки. Затем устраивается щебеночная подушка проезжей части 6 и двухслойное асфальтобетонное покрытие 7. В зависимости от геологических условий и применяемых грунтов в основании насыпи, жесткое ядро может устраиваться на подстилающем геотекстильном материале или гидроизолирующем слое из полиэтиленовой пленки 8 (Фиг.1).

Для устройства земельного полотна в выемке производятся работы сначала по разработке грунта выемки 1 основания, затем разрабатывается грунт с учетом геометрии треугольного жесткого ядра 2 и укладывается в основание насыпи дороги 3. Затем в клине уплотненного жесткого ядра устраивается продольный дренаж 3 с поперечными дренажными отводами 4 и водоотводными лотками насыпи 5 в районе водосборников. Дальнейшая уплотнительная отсыпка основания земляного полотна производится традиционными способами и методом «от себя», с учетом устройства треугольного жесткого ядра из прочных легкоуплотняемых зернистых материалов, а также щебеночных, песчано-гравийных смесей, шлаков и непучинистых грунтов, обладающих дренирующими свойствами, до проектной отметки. Затем устраивается щебеночная подушка проезжей части 6 и двухслойное асфальтобетонное покрытие 7. В зависимости от геологических условий и применяемых грунтов в основании насыпи, жесткое ядро может устраиваться на подстилающем геотекстильном материале или гидроизолирующем слое из полиэтиленовой пленки 8 (Фиг.2).

Работает такая дорожная конструкция следующим образом: в зоне непосредственно под покрытием дороги образован клин треугольного жесткого ядра из уплотненного грунта. С образованием его основание земляного полотна обладает наибольшей несущей способностью, работает как единое целое, и давление от него передается на боковые стороны насыпи.

Такое выполнение дорожной конструкции позволяет производить отвод воды из основания земляного полотна через дренажную систему в водостоки, что исключает возникновение пучин.

В предложенной конструкции удается повысить прочность основания земляного полотна, уменьшить просадки при эксплуатации.

Высокие прочность и морозоустойчивость предлагаемой дорожной конструкции объясняются тем, что влага, попавшая в процессе строительства или эксплуатации в зону треугольного жесткого ядра, устроенного из уплотненного дренирующего грунта, будет отведена в дренажную систему, а из обочины откосов насыпи - естественным путем. Поэтому влажность грунта в течение всего периода службы дорожной конструкции не будет превышать оптимального значения.

Применение предлагаемой дорожной конструкции позволяет:

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 исключит закрытие дорог в зимне-весенний период.

Предлагаемая дорожная конструкция рекомендуется для автомобильных и железных дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов, а также для районов, характеризующихся глубоким сезонным уровнем грунтовых вод.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении земляного полотна автомобильных и железных дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов, использовано в районах, характеризующихся глубоким сезонным промерзанием грунтов и высоким уровнем грунтовых вод. Технический результат: восстановление высоких транспортно-эксплуатационных характеристик автомобильных дорог на длительный период времени, увеличение несущей способности (модуля упругости) дорожной одежды с обеспечением пропуска автомобильного транспорта с большими нагрузками на ось и исключением закрытия дорог в зимне-весенний период. Дорожная конструкция включает земляное полотно, дорожную одежду с подстилающим слоем, обочины, продольную дренажную систему, заполненную щебнем фракции 20-40 и расположенную в теле земляного полотна вдоль оси дороги, и водоотводящие выпуски. Основание в насыпи земляного полотна под дорожное покрытие выполнено по геометрии треугольного жесткого ядра из прочных легкоуплотняемых зернистых материалов, обладающих дренирующими свойствами. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Дорожная конструкция, включающая земляное полотно, дорожную одежду с подстилающим слоем, обочины, продольную дренажную систему, заполненную щебнем фракции 20-40 и расположенную в теле земляного полотна вдоль оси дороги, и водоотводящие выпуски, отличающаяся тем, что основание в насыпи земляного полотна под дорожное покрытие выполнено по геометрии треугольного жесткого ядра из прочных легкоуплотняемых зернистых материалов, обладающих дренирующими свойствами.

2. Дорожная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что в клине треугольного жесткого ядра устроен продольный дренаж с поперечными дренажными отводами в местах водосборников.

3. Дорожная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что основание земляного полотна, под клин треугольного жесткого ядра, для улучшения прочностных характеристик и отвода влаги, покрыто рулонным геотекстильным материалом или полиэтиленовой пленкой.