ДОРОЖНАЯ ОДЕЖДА С КОМПОЗИЦИОННЫМ ДОРОЖНЫМ ПОКРЫТИЕМ Российский патент 2023 года по МПК E01C7/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области дорожного и аэродромного строительства, а именно к дорожной одежде, и может быть использовано в благоустройстве городов, на складских и портовых территориях, в устройстве полов промышленных предприятий.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известна дорожная одежда с асфальтобетонным покрытием на сборном или монолитном цементобетонном основании [Методические указания по проектированию жестких дорожных одежд. М.: ФГУП «ИНФОРМАВТОДОР», 2004, включающая конструкцию асфальтобетонного покрытия с цементобетонным основанием, в которой асфальтобетонные покрытия могут быть одно-, двух- и трехслойными. Толщина асфальтобетонного покрытия в зависимости от интенсивности движения, класса и прочности цементобетона на растяжение при изгибе определяется расчетом и должна составлять 14-18 см. В цементобетонном основании устраивают швы сжатия через 15 м. Для повышения трещиностойкости асфальтобетонного покрытия над поперечными швами в основании рекомендуется укладывать арматурную сетку. Такая дорожная одежда содержит завышенные толщины асфальтобетонного покрытия на цементобетонном основании, без вариантов сочетания и механизмов взаимодействия слов асфальтобетона и цементобетона, без регулирования НДС и без гашения динамических колебаний покрытия.

Недостатком является неэффективное использование несущей способности цементобетонного основания обуславливающего нарушение основной концепции жесткой дорожной одежды с требованием максимального использования прочности цементобетонного слоя как основного несущего элемента конструкции дорожной одежды, а именно, повышение трещиностойкости покрытия обеспечивается увеличением его толщины сравнимой с толщиной цементобетонного основания. Большая толщина асфальтобетонного покрытия, повышает величину колейности и в целом характеризует нерациональность конструктивного решения при их объединенной работе под нагрузкой.

Также недостатком является неравномерное деформирование по площади цементобетонных плит, работающих на изгиб и хаотическое трещинообразование асфальтобетонного покрытия с копированием раскрывающихся швов и трещин.

Характерными особенностями и недостатками нормативных решений является практическое отсутствие вариантов комбинированных дорожных покрытий, включающих разные параметры регулирования, направленные на повышение их долговечности, создания системы устойчивых связей между слоями на основе современных методов сращивания слоев.

При разработке конструкции дорожной одежды не использован механизм регулирования НДС цементобетонного слоя на основе выбора оптимальных размеров, форм, характеристик швов-связей, обуславливающих снижение неоднородности деформирования покрытия, в том числе за счет уменьшения величин сдвигов на контакте покрытия с основанием.

При разработке и применении нормативных решений не использованы механизмы гашения динамических колебаний в условиях тяжелого и скоростного движения, в том числе, за счет обеспечения плотного прилегания цементобетонного слоя к основанию и включения в работу рациональных швов-демпферов, повышающих динамическую устойчивость и ровность покрытия.

Низкая динамическая устойчивость отдельно работающих слоев цементобетонного основания и асфальтобетонного покрытия нормативных решений преобразует прогибы в виброколебания дорожной одежды, обеспечивая эффект «встряхивания», приводящей к отрыву отдельных зон крупногабаритных плит от основания и смещения покрытия.

Известна дорожная одежда, включающая асфальтобетонное покрытие на монолитном цементобетонном основании, уложенном в объемные сотовые георешетки (типа геориф) [Мерзликин А.Е., Казарновский В.Д. Объемные георешетки в конструкции дорожной одежды // Геотекстиль и геосинтетики при строительстве автомобильных дорог. Сб. докладов. - М.: ФГУП «СоюзДорНИИ», 2001. - с. 69-72].

Данное техническое решение представляет конструкцию дорожной одежды, где монолитный асфальтобетонный слой является покрытием, а цементобетонный - основанием, которое формируется из мелких бетонных блоков, устраиваемых на месте основания с помощью несъемной пластиковой опалубки в виде сотовой георешетки.

Недостатками технического решения является неоднородность контакта между слоями, связанная с качеством укладки и уплотнения бетона в ячейках; обеспечение высокой степени контакта возможно лишь в рамках единого (асфальтоцементобетонного) покрытия, представленного в проекте.

Известна РЕШЕТКА ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ МАТЕРИАЛА (патент на изобретение RU №2151843, МПК Е02D 17/20, опубл. 27.06.2000, Бюл. № 18) выполненная из гибких полос, установленных на ребра и соединенных между собой через промежутки швами с образованием при растяжении объемной ячеистой структуры, при этом участки гибких полос между швами, которые при растяжении образуют стенки ячейки, выполнены с одним вогнутым, и/или выпуклым, и/или вогнуто-выпуклым участком, образующим пустотелый конструктивный элемент.

Недостатком использования гибкой объемной решетки для локализации материала (бетона) в покрытии или основании является низкая технологическая устойчивость при проведении установки, заполнения и уплотнения бетонной смеси в ячейках, смещения решетки с проектного положения.

Более эффективным (в том числе по экономическим показателям) является устройство вибропрорезей по заданному рисунку на 1/3-1/2 толщины бетонного слоя с образованием после укатки направленного трещинообразования в надрезах и самопроизвольной расклинцовкой блочного покрытия.

Известна ДОРОЖНАЯ ОДЕЖДА (патент на изобретение US6296924; опубл. 02.10.2001; МПК B32B 3/12; E01C 3/00; E01C 7/00; E02D 17/18; E02D 17/20; E02D 3/00). Такие дорожные одежды с фрагментацией бетонного основания в объемных сотовых георешетках обладают регулируемой жесткостью основания и снижением в асфальтобетонном покрытии температурных напряжений и повышенной несущей способностью.

Особенностью георешетки является наличие на ее стенках выпуклостей, которые при заполнении сотовой опалубки бетоном формируют на боковых гранях блоков основания элементы шпунтового соединения, повышающих распределяющую способность конструкции.

Фрагментация монолитного цементобетонного основания на блоки малых размеров с помощью несъемной пластиковой опалубки приводит к уменьшению общей жесткости дорожной одежды, а в асфальтобетонном покрытии - к увеличению горизонтальных растягивающих напряжений от нагрузки и к уменьшению опасных температурных растягивающих напряжений.

В патенте не приводятся варианты конструкции с другими пластиковыми решетками (разных форм и размеров), с уменьшением толщины асфальтобетонного покрытия и др., не рассматриваются вопросы сращивания слоев, в том числе механизма обеспечения совместной работы слоев.

Недостатком данной дорожной одежды является сложность установки, заполнения, уплотнения бетона в гибкой георешетке, высокая стоимость производства работ.

Известна также дорожная одежда, содержащая асфальтобетонное покрытие и слой состоящий из фрагментов, образованных путем дробления цементобетонного слоя виброрезонансным методом (патент на полезную модель № 105304, Е01С 7/00, опубл. 10.06.2011, Бюл. № 16).

Недостатком данной дорожной одежды является то, что цементобетонный слой при осуществлении фрагментации доводится до щебеночной фракции и рассматривается как щебеночное основание с последующей укладкой асфальтобетонного покрытия, и фактически переводится в нежесткий вариант конструкции с ее недостатками по трещино- и колееустойчивости.

Известна также дорожная одежда, включающая плиту с отверстиями, обеспечивающая взаимное проникновение материала в верхней части асфальтобетона и грунта в нижней части, тем самым, обеспечивая надежные связи слоев (патент на полезную модель № 1538607; Е01 С5/06, опубл. 27.08.1995].

Недостатком данной дорожной одежды из сборных плит с отверстиями является неравнопрочность сечений отдельных плит с необходимостью устройства между ними продольных и поперечных швов со стыковыми соединениями, снижающими ровность и трещиностойкость покрытия и безопасность движения, снижающих в итоге эффективность решения.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является дорожная одежда с заанкериванием асфальтобетонного покрытия в цементобетонном основании, включающее создание существенной связи между цементобетонным основанием и асфальтобетонным покрытием, тем самым, предполагая повышение несущей способности и долговечности конструкции (патент на изобретение RU №2600580, Е01С7/35, опубл. 27.10.2016, бюл. №30].

Предложено усиление связи слоев фактически точечными шпонками из асфальтобетонной смеси путем вдавливания вразбежку в основание штампов в виде перевернутых конусов или пирамид, или использованием кулачкового катка с вдавливанием его выступов в медленно твердеющую бетонную смесь.

В итоге имеет место не равнопрочная по длине и ширине дорожная одежда; не решен вопрос температурного деформирования совмещенных слоев, размещения и работы швов, обеспечения трещиноустойчивости предложенной конструкции.

Недостаток данной дорожной одежды заключается в том, что в разных сечениях вдоль и поперек объединенной конструкции несущая способность по изгибу будет различной по величине, а созданная конструктивная неоднородность по прочности может сказаться на долговечности дорожной одежды.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническим результатом является повышение равномерного деформирования и трещиноустойчивости верхнего асфальтобетонного слоя, необходимых для условий тяжелого, интенсивного и скоростного движения и циклических воздействий природно-климатических факторов, обеспечение колееустойчивости покрытия и долговечности дорожной одежды.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что дорожная одежда с композиционным дорожным покрытием, состоящая из укрепленного основания, асфальтобетонного и цементобетонного слоя покрытия,

по изобретению,

цементобетонный слой выполнен в виде фрагментированного разрезами на шестигранные несущие элементы, образуя при этом разрезы-пазы цементобетонного слоя,

асфальтобетонный слой расположен поверх цементобетонного слоя,

причем асфальтобетонный слой заполняет разрезы-пазы цементобетонного слоя, образуя выступ-шпунт, создавая при этом единое композиционное дорожное покрытие.

Форма разрезов-пазов шестигранных несущих элементов рекомендуется округлая.

Глубина шестигранных несущих элементов принимается 1/3 толщины цементобетонного слоя.

Согласно изобретению, подготовка и устройство цементобетонного слоя предусматривает деление его на сеть несущих элементов шестигранной формы с размерами не более радиуса жесткости цементобетонного слоя.

Согласно изобретению, форма разрезов-пазов рекомендуется округлая, глубина которых принимается 1/3 толщины цементобетонного слоя. При этом должно соблюдаться условие, что несущая способность по линии ослабленного сечения в разрезе-пазе при максимальной прочности цементобетона не должна быть выше несущей способности полного сечения при минимальной прочности цементобетона.

Разрезы-пазы в предложенной конструкции позволяют использовать их в качестве регуляторов напряженно-деформированного состояния (далее - НДС), а также демпферов, позволяя гасить образующие динамические колебания, уменьшая сдвиг слоев покрытия в плане и в профиле, в итоге снижать динамику колебаний асфальтобетонного слоя.

Согласно изобретению, армирование цементобетонного слоя выполняется на основе расчета дорожной одежды на глубине от 1/3 до 1/2 толщины цементобетонного слоя. Пример укладки показан на фиг. 1.

Согласно изобретению, асфальтобетонный слой устраивается из щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, литой асфальтобетонной смеси.

Согласно изобретению, после набора прочности бетоном происходит направленное микротрещинообразование цементобетонного слоя по созданным разрезам-пазам, образуя сеть шестигранных несущих элементов, связанных между собой стержневой арматурой, обеспечивая повышение равномерности деформирования, температурное деформирование в рамках отдельного фрагмента благоприятное для устойчивости основания, а с учетом утолщения асфальтобетонного слоя в зонах разрезов-пазов, снижение трещинообразования.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность технического решения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 показан план размещения армированных несущих элементов на поверхности цементобетонного слоя шестигранной формы;

на фиг. 2 показано поперечное сечение дорожной одежды;

фиг. 3. показаны остаточные деформации от транспортной нагрузки в нормативной конструкции с цементобетонным слоем;

фиг. 4. показаны управляемое микротрещинообразование в цементобетонном слое предлагаемого покрытия;

фиг. 5 показано сравнение деформирования нормативного и предложенного композиционного покрытия от нагрузки;

фиг. 6 показан механизм появления отраженной трещины над швом в основании в нормативной конструкции:

- изменение размеров цементобетонной плиты при колебании температуры с соответствующим изменением ширины шва;

- поперечная сила от неравенства прогибов соседних плит при поочередном проезде колеса над ними - так называемый «клавишный эффект» или «ножницы».

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - асфальтобетонный слой;

2 - цементобетонный слой;

3 -укрепленное основание;

4 - разрезы-пазы в цементобетонном слое;

5 - арматура в цементобетонном слое;

6 - выступ-шпунт в асфальтобетонном слое;

7 - микротрещина.

Дорожная одежда с композиционным дорожным покрытием состоит из: асфальтобетонного слоя - 1, цементобетонного слоя - 2, укрепленного основания - 3, разрезов-пазов в цементобетонном слое - 4, арматуры в цементобетонном слое - 5, выступов-шпунтов в асфальтобетонном слое - 6, микротрещин - 7.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В отличие от нормативных конструктивных решений по МУ [Методические указания по проектированию жестких дорожных одежд. М.: ФГУП «ИНФОРМАВТОДОР», 2004], обеспечивающих неравномерные деформации по площади плит и хаотическое трещинообразование при работе плит на изгиб при размещении всех колес расчетного автомобиля в пределах плиты (фиг. 3), предложенное решение обеспечивает повышение равномерности деформирования вследствие направленного регулируемого трещинообразования при обеспечении работы несущих элементов на сжатие с размещением одного колеса в пределах фрагмента (разреза-паза) (фиг.4).

Так как задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение остаточных деформаций, отраженного трещинообразования на асфальтобетонных покрытиях, повышение однородности, несущей способности покрытия и безопасности дорожного движения, а также снижения колейности, то согласно изобретению покрытие выполнено из цементобетонного слоя с последующим фрагментированием свежеуложенного уплотненного цементобетонного слоя вибропродавливанием, обеспечивающим создание ослабляющих поперечное сечение штамповых углублений заданного рисунка, устанавливающих расчетные размеры (в зависимости от класса бетона (марки) и модуля упругости цементобетонного слоя), связи и форму будущих несущих элементов и обеспечивающих направленное микротрещинообразование в цементобетонном слое, с последующей укладкой асфальтобетонного слоя с увеличенной толщиной над разрезами-пазами цементобетонного слоя. Изобретение поясняется чертежами (фиг. 1-6).

В отличие от существующего нормативного решения с асфальтобетонным покрытием на цементобетонном слое, обеспечивающем высокую вероятность трещинообразования в зонах швов-стыков и хаотических трещин вследствие ухудшения контакта с основанием (в том числе от динамических воздействий транспортных средств), предложенное фрагментирование цементобетонного слоя обеспечивает плотное прилегание элементов к основанию (так называемое самонаведение на реальное по ровности основание) (фиг. 5), повышающее трещиноустойчивость асфальтобетонного покрытия.

В отличие от неравномерного деформирования нормативного цементобетонного несущего слоя, в котором при прохождении тяжелого транспортного средства возникает эффект «встряхивания» от вынужденных колебаний крупногабаритных изгибаемых плит, приводящих к отрыву их локальных зон от основания и поперечному смещению покрытия (фиг. 6), предложенное решение обладает высокими характеристиками гашения колебаний в разрезах-пазах, снижая их также за счет плотного прилегания несущих элементов к основанию, уменьшая в итоге динамику колебаний асфальтобетонного слоя.

Благодаря предложенному техническому решению обеспечивается расчетная несущая способность дорожной одежды, равномерное деформирование и трещиноустойчивость верхнего асфальтобетонного слоя, необходимых для условий тяжелого, интенсивного и скоростного движения и циклических воздействий природно-климатических факторов, обеспечение колееустойчивости покрытия и долговечности дорожной одежды.

Модификации и улучшения вышеописанных вариантов осуществления понятны для специалистов в данной области техники. Вышеприведенное описание приведено исключительно в качестве примера, и не является ограничивающим.

Изобретение относится к области дорожного и аэродромного строительства и может быть использовано в благоустройстве городов, на складских и портовых территориях, в устройстве полов промышленных предприятий. Техническим результатом является повышение равномерного деформирования и трещиноустойчивости верхнего асфальтобетонного слоя, необходимых для условий тяжелого, интенсивного и скоростного движения и циклических воздействий природно-климатических факторов, обеспечение колееустойчивости покрытия и долговечности дорожной одежды. Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в дорожной одежде с композиционным дорожным покрытием, состоящим из асфальтобетонного и цементобетонного слоев, цементобетонный слой выполнен в виде фрагментированного разрезами на шестигранные несущие элементы, образуя при этом разрезы-пазы цементобетонного слоя, а асфальтобетонный слой расположен поверх цементобетонного слоя и заполняет разрезы-пазы цементобетонного слоя, образуя выступы-шпунты, создавая при этом единое композиционное дорожное покрытие. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Дорожная одежда с композиционным дорожным покрытием, состоящая из укрепленного основания, асфальтобетонного и цементобетонного слоев покрытия,

отличающаяся тем, что

цементобетонный слой выполнен в виде фрагментированного разрезами на шестигранные несущие элементы, образуя при этом разрезы-пазы цементобетонного слоя,

шестигранные несущие элементы связаны между собой стержневой арматурой,

асфальтобетонный слой расположен поверх цементобетонного слоя,

причем асфальтобетонный слой заполняет разрезы-пазы цементобетонного слоя, образуя выступы-шпунты, создавая при этом единое композиционное дорожное покрытие.

2. Дорожная одежда по п.1, отличающаяся тем, что форма разрезов-пазов шестигранных несущих элементов округлая.

3. Дорожная одежда по п.1, отличающаяся тем, что глубина шестигранных несущих элементов принята 1/3 толщины цементобетонного слоя.