МНОГОСЛОЙНЫЙ МАТ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ДОРОЖНОЙ НАСЫПИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК E02D17/18 

Изобретение относится к области строительства и может найти широкое применение в дорожном строительстве, при возведении кровель, межэтажных перекрытий зданий, строительстве подземных сооружений, в том числе тоннелей, и т.д.

Известна заявка на выдачу патента РФ на изобретение № 2019118028 «ЛЕГКАЯ ДОРОЖНАЯ НАСЫПЬ». Легкая дорожная насыпь, включающая ядро из легкого насыпного строительного материала и грунтовую засыпку по контуру ядра, отличающаяся тем, что в качестве легкого насыпного строительного материала используется пеностекло или пеностеклокерамика.

Недостатком данного решения является то, что предлагаемая дорожная насыпь не обеспечивает оттока воды с дорожной одежды, при промерзании грунта происходит вспучивание дорожной одежды.

Известен патент США на изобретение № 7156587 «АРМИРУЮЩИЙ ГЕОТЕКСТИЛЬНЫЙ МАТ И СПОСОБ УСТРОЙСТВА НАСЫПИ С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ». Мат содержит опорный элемент для поддержки засыпанного грунта на одном конце или на обоих концах мата. Опорный элемент содержит горизонтальную опорную секцию для поддержки засыпанного грунта в вертикальном направлении; вертикальную опорную секцию для поддержки засыпанного грунта в горизонтальном направлении; и наклонную опорную секцию, образованную отверстиями, через которые проходит грунт обратной засыпки и наклонно погруженный в засыпанный грунт. Способ включает этапы размещения армирующего геотекстильного мата на грунте или укрепленном грунте насыпи; вставку внешних опорных элементов в горизонтальную, вертикальную и наклонную приемные части мата; и засыпка горизонтальных, вертикальных и наклонных опорных участков мата грунтом, а затем размещение и укрепление грунта насыпи на коврике. Эти шаги выполняются один или несколько раз.

Недостатком такого мата является то, что не обеспечен отток грунтовых вод с дорожной одежды. При промерзании грунта и оттаивании грунта происходит вспучивание дорожной одежды. Не обеспечивает защиту дорожного полотна от резких температурных перепадов.

Известен патент РФ на изобретение № 2 263 186 «ИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ». Технический результат: устройство эффективной гидроизоляции, дренажа попадающих на полотно осадков, максимально возможное снижение уровня излучаемого корпусного шума, а также защита гидро- и звукоизолирующих слоев от механических повреждений. Изоляционный материал содержит основу и расположенные по обеим сторонам слои, выполненные из битумсодержащих составов, на поверхности одного из которых размещено полотно из пористого материала из волокон, причем полотно выполнено из устойчивого к продавливанию изоляционного текстильного материала, обладающего защитными, дренирующими, армирующими, разделительными и фильтрующими свойствами, характеризующегося поверхностной плотностью не менее 70 г/м², прочностью на разрыв не ниже 50 кГс/5 см, коэффициентом теплопроводности не более 0,17 ватт/м⋅град.

Недостатком предлагаемого решения является то, что используемый битумосодержащий состав не экологичен и пары испарений могут представлять опасность при высоких температурах.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является заявка на выдачу патента РФ на изобретение № 2019118029 «КОНСТРУКЦИЯ ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННОЙ ОТКОСНОЙ ЧАСТИ ДОРОЖНОЙ НАСЫПИ». Конструкция теплоизолированной откосной части дорожной насыпи, включающая объемные геоячейки или геобоксы, закрепленные на откосе насыпи и заполненные пеностеклом или пеностеклокерамикой, при этом теплоизоляционный слой является насыпным.

Недостатком предлагаемого решения является то, что способ создания данной конструкции является нетехнологичным, трудоемким, не обеспечивает равномерное распределение пеностекла, что создает неровную бугристую поверхность дорожной насыпи и дорожной одежды.

Задачей предлагаемого изобретения является создание многослойного мата для устройства дорожной насыпи и способа его изготовления, который обеспечивает гидроизоляцию дорожной насыпи, обладает дренажными свойствами, обеспечивает прочность дорожной насыпи при его использовании, а также обеспечивает поддержание дорожного полотна в пригодном к эксплуатации состоянии.

Техническим результатом заявляемого изобретения является:

• Минимизация изменений уровня дорожного покрытия.

• Отсутствие возникновения бугристых образований на поверхности дорожного полотна.

• Обеспечение прочности и надежности дорожного покрытия.

• Обеспечение отвода воды с поверхности дорожного покрытия.

• Обеспечение защиты дорожного полотна от резких температурных перепадов.

• Универсальность и удобство применения как для основания дорожной насыпи, так и для устройства откосов.

• Обеспечение стабилизацию климатической работы насыпи.

Технический результат достигнут за счет того, что многослойный мат для устройства дорожной насыпи, выполнен в виде прямоугольной многослойной конструкции заданного размера. Он включает верхний слой в виде нетканого геотекстиля, средний слой в виде объемной перфорированной георешетки высотой 150-300 мм, заполненной пеностекольным щебнем фракции 20-40 мм, и нижний слой в виде бентонитового мата. Бентонитовый мат выполнен многослойным и содержит нетканый геотекстиль, бентонитовую глину и несущий гидроизоляционный геотекстиль. Выступающие концы георешетки с двух противоположных сторон выполнены таким образом, чтобы обеспечить вхождение выступающих концов в следующий укладываемый мат, по принципу папа/мама. Крайние выступающие концы георешетки снабжены анкерами с крюками для транспортировки, а слои многослойного мата объединены между собой насквозь посредством, например дюбелей-бабочек. При укладке многослойных матов для устройства насыпи их объединяют посредством анкеров шпилек.

Способ изготовления многослойного мата для дорожной насыпи заключается в расстилании, натягивании и фиксации бентонитового мата на вибрационном столе, укладывании и растягивании на бентонитовом мате объемной георешетки, заполнении ячейки пеностекольным щебнем, равномерном распределении и уплотнении пеностекольного щебня накрытии верхним слоем нетконного геотекстиля и прошивании готового мата с обеспечением захвата всех слоев.

Раскрытие изобретения

Сущность изобретения поясняется чертежами:

Фиг. 1 – Общий вид многослойного мата.

Фиг. 2 – Вид в разрезе многослойного мата.

Фиг. 3 – Вид многослойного мата без верхнего слоя нетканого геотекстиля.

Фиг. 4 – Вид крепления многослойных матов между собой монтажными шпильками.

Фиг. 5 – Вид многослойного мата со всеми слоями насыпи.

Деформации дорожных конструкций в условиях сезонного промерзания, резких перепадов температур и обильных осадков обусловлены образованием вздутий грунтов насыпи и естественного основания. Увеличение объема грунтов вызывается замерзанием и расширением воды, попадающей и застаивающейся между слоями грунта. По этому, качество грунтов насыпи часто не отвечает предъявляемым требованиям.

При неоднократно повторяющихся промерзаниях/оттаиваниях теряется плотность слоев грунта насыпи. Слои местами вспучиваются, раздвигаются и деформируются. В период оттепели года лед тает, и между частицами грунта образуются пустоты. Нарушение плотности слоев грунта насыпи вызывает разрушение самой насыпи и конструкции дорожной одежды в процессе эксплуатации дороги. Такие деформации развиваются в течение длительного времени, поэтому значимость сохранения проектной плотности грунтов насыпи приобретает первостепенное значение.

В теплый период при проезде транспорта деформации проявляются в виде проломов дорожной одежды, вызванных снижением прочности переувлажненных грунтов.

Характерными признаками нарушения плотности являются горбы, впадины, перепады, просадки, трещины, концентрирующиеся у вершины бугров, колейность, выбоины и т. д.

Глубина сезонного промерзания в разных регионах РФ может достигать от 2 до 5 м, при таких глубинах промерзания деформации подвержены не только грунты насыпи, но и грунты естественного основания.

Важной задачей для дорожного строительства является поддержание дорожного полотна в пригодном к эксплуатации состояниям, внедрение новых материалов, улучшающих водно-тепловой режим дорожных конструкций и обеспечивающих дополнительный запас прочности и надежности.

Предлагаемый многослойный мат 1 для устройства дорожной насыпи и способ его изготовления предполагает использование в своем составе пеностекольного щебня. Пеностекольный щебень 4 – теплоизоляционный материал в виде фракционного щебня из ячеистого стекла, который обладает прекрасными прочностными характеристиками, низкой теплопроводностью, низкой плотностью и легкостью. При этом пеностекольный щебень 4 отличается высокой прочностью на сжатие. (см. таб. 1)

Таблица 1.

Характеристика ПЩ 240/20-40 ПЩ 100/5-20 Плотность насыпная, кг/м³ 240 120-130 Теплопроводность в сухом состоянии Б,Вт/(м-К) 0,08 0,062 Теплопроводность в условиях эксплуатации Б,Вт/(м-К) 0,085 0,065 Прочность при сжатии, МПа (т/м²)
(в зависимости от уплотнения)
Температурный интервал С³
Уровень горючести
Водопоглощение при полном погружении
На 24 ч, % об.
Водопоглощение при полном погружении
Длительное на 28 суток, % об 0,79-1,98
(79-198)
От -200 до +550
НГ
1,5
2,4 0,125-0,506
(12,5-50,6)
От -200 до +550
НГ
1,5
2,0 Морозостойкость, марка F 100 F 100

Также в составе предлагаемого мата 1 используют бентонитовые маты 5 на основе бентонитовой глины 7, которые обладают универсальной гидроизоляцией, быстро поглощая влагу и надежно удерживая ее внутри.

Состав предлагаемого мата 1, для укрепления конструкции, предусматривает также наличие объемной георешетки 3, заполняемой пеностекольным щебнем 4. Применение предлагаемого мата 1 важно не только для создания основной насыпи, но и для укрепления особенно крутых и высоких склонов от вымывания, выветривания и других типов эрозии.

Верхнее покрытие предлагаемого многослойного мата 1 представляет собой полотно нетканого геотекстиля 2, обладающего водопроницаемостью, эластичностью и прочностью на разрыв. Именно поэтому им усиливают несущие характеристики заявляемого мата.

Многослойный мат 1 для устройства дорожной насыпи, выполнен в виде прямоугольной многослойной конструкции заданного размера и включает верхний слой в виде нетканого геотекстиля 2, средний слой в виде объемной перфорированной георешетки 3 высотой 150 – 300 мм, заполненной пеностекольным щебнем 4, и нижний слой в виде бентонитового мата 5. Пеностекольный щебень 4 выбирают из фракций 20 – 40 мм. Бентонитовый мат 5, в свою очередь, выполнен многослойным и содержит нетканый геотекстиль 6 плотностью 250 – 300 г/м², бентонитовую глину 7 и несущий водонепроницаемый гидроизоляционный геотекстиль 8. Выступающие концы георешетки 3 с двух противоположных сторон выполнены таким образом, чтобы обеспечить вхождение выступающих концов в следующий укладываемый мат 1, по принципу папа/мама. Крайние выступающие концы георешетки 3 снабжены анкерами 9 с крюками для транспортировки, а слои многослойного мата 1 объединены между собой насквозь посредством дюбелей 10, например дюбилей-бабочек либо монтажных шпилек 16.

Способ изготовления многослойного мата 1 для дорожной насыпи включает: предварительное расстилание бентонитового мата 5 на вибрационный стол; затем его натягивание и закрепление на вибрационном столе посредством штырей 11; укладывание на бентонитовый мат 5 объемной георешетки 3 и закрепление выступающих её частей на эти же штыри 11 с растягиванием всех ячеек; далее закрепление противоположных выступающих частей на штырях 11 с противоположных сторон; заполнение ячеек пеностекольным щебнем 4, и распределение щебня 4 в ячейках посредством вибрационного стола; досыпание, при необходимости, до полного заполнения ячеек и дальнейшее уплотние посредством вибрации вибростола; накрывание верхним слоем нетканого геотекстиля 2 и прошивание готового мата 1 с захватом всех слоев в расчетных местах, например, посредством дюбилей-бабочек 10 либо монтажных шпилек 16; установку анкеров 9 с крюками в местах крайних выступающих концов объемной георешетки 3.

Предлагаемый многослойный мат используют для регулирования водно-теплового режима на участках автомобильных дорог со сложными природно-климатическими, гидрогеологическими и геокриологическими условиями, при которых возникают вспученности участков насыпи. К таким сложным участкам относятся насыпи и выемки, сложенные пучинистыми грунтами; равнинные участки с поверхностным застоем воды в придорожной полосе; с торфорастительной прослойкой в основании насыпи; с высоко расположенным горизонтом грунтовых вод; вогнутые переломы продольного профиля; места пересечения микрологов, узких складок местности; места выхода грунтовых и наледных вод.

При использовании предлагаемого многослойного мата для устройства насыпи под дорожной одеждой стабилизация температурного и водного режима дорожной конструкции наблюдается в первый же год эксплуатации. Грунт основания и тела насыпи приобретет дополнительную устойчивость к сезонным циклам промерзания/оттаивания, что существенно сказывается на устойчивости и долговечности всей конструкции.

Дорожную конструкцию при использовании предлагаемого многослойного мата устраивают следующим образом: сначала формируют грунты естественного основания 15, затем грунт насыпи 12, после чего укладывают многослойные маты 1, таким образом, чтобы нижний слой в виде бентонитового мата 5 лежал на верхнем слое грунта насыпи 12, затем укладывают слой щебня 13 и укатывают его, после чего устраивают покрытие дорожной одежды 14 в виде асфальтобетонного покрытия.

Дорожную конструкцию с использованием предлагаемого многослойного мата 1 используют как при новом строительстве, так и при реконструкции и ремонте, это благоприятно сказывается на устранении проблемных вспученных участков существующей сети автомобильных дорог.

Для изготовления многослойного мата 1 для устройства дорожной насыпи используют пеностекольный щебень 4 фракции 20–40 мм с насыпной плотностью 235–245 кг/м³.

Перечень позиций:

1. Многослойный мат

2. Нетканый геотекстиль

3. Объемная георешетка

4. Пеностекольный щебень

5. Бентонитовый мат

6. Нетканый геотекстиль

7. Бентонитовая глина

8. Несущий гидроизоляционный геотекстиль

9. Анкер

10. Дюбель

11. Штырь

12. Грунты насыпи

13. Укатываемый щебень

14. Покрытие дорожной одежды

15. Грунты естественного основания

16. Монтажная шпилька.

Все вышесказанное говорит о выполнении поставленной задачи, а именно, создание многослойного мата для устройства дорожной насыпи и способа его изготовления, который обладает эффективной гидроизоляцией, высокими дренажными свойствами, высокими прочностными характеристиками, максимальным снижением уровня излучаемого шума, а также защитой гидроизолирующих слоев от механического воздействия, и о промышленной применимости предлагаемого решения.

Изобретение относится к области строительства и может найти широкое применение в дорожном строительстве, при возведении кровель, межэтажных перекрытий зданий, строительстве подземных сооружений, в том числе тоннелей, и т.д. Многослойный мат для устройства дорожной насыпи выполнен в виде прямоугольной многослойной конструкции заданного размера и включает верхний слой в виде нетканого геотекстиля, средний слой в виде объемной георешетки, заполненной пеностекольным щебнем, и нижний слой в виде бентонитового мата, при этом пеностекольный щебень выбирают из фракций 20-40 мм, а бентонитовый мат, в свою очередь, выполнен многослойным и содержит нетканый геотекстиль, бентонитовую глину и несущий гидроизоляционный геотекстиль. Выступающие концы георешетки с двух противоположных сторон выполнены таким образом, чтобы обеспечить вхождение выступающих концов в следующий укладываемый мат, по принципу папа/мама, причем крайние выступающие концы георешетки снабжены анкерами с крюками для транспортировки, а слои многослойного мата объединены между собой насквозь посредством крепежных элементов. Технический результат состоит в обеспечении минимизации изменений уровня дорожного покрытия, отсутствии возникновения бугристых образований на поверхности дорожного полотна, обеспечении прочности и надежности дорожного покрытия, обеспечении отвода воды с поверхности дорожного покрытия, обеспечении защиты дорожного полотна от резких температурных перепадов, универсальность и удобство применения как для основания дорожной насыпи, так и для устройства откосов, обеспечении стабилизации климатической работы насыпи. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Многослойный мат для устройства дорожной насыпи, выполненный в виде прямоугольной многослойной конструкции заданного размера, включает верхний слой в виде нетканого геотекстиля, средний слой в виде объемной георешетки, заполненной пеностекольным щебнем, и нижний слой в виде бентонитового мата, при этом пеностекольный щебень выбирают из фракций 20-40 мм, а бентонитовый мат, в свою очередь, выполнен многослойным и содержит нетканый геотекстиль, бентонитовую глину и несущий гидроизоляционный геотекстиль, при этом выступающие концы георешетки с двух противоположных сторон выполнены таким образом, чтобы обеспечить вхождение выступающих концов в следующий укладываемый мат, по принципу папа/мама, причем крайние выступающие концы георешетки снабжены анкерами с крюками для транспортировки, а слои многослойного мата объединены между собой насквозь посредством крепежных элементов.

2. Многослойный мат для устройства дорожной насыпи по п. 1, отличающийся тем, что используют объемную георешетку высотой 150-300 мм.

3. Многослойный мат для устройства дорожной насыпи по п. 1, отличающийся тем, что объемная георешетка выполнена перфорированной.

4. Многослойный мат для устройства дорожной насыпи по п. 1, отличающийся тем, что крепежные элементы выполнены в виде дюбель-бабочки.

5. Многослойный мат для устройства дорожной насыпи по п. 1, отличающийся тем, что крепежные элементы выполнены в виде монтажных шпилек.

6. Многослойный мат для дорожной насыпи п. 1, отличающийся тем, что используют геотекстиль плотностью 250-300 г/м².

7. Способ изготовления многослойного мата для дорожной насыпи по п. 1, заключающийся в том, что предварительно расстилают бентонитовый мат на вибрационный стол, затем его натягивают и закрепляют на вибрационном столе посредством штырей, после чего укладывают на бентонитовый мат объемную георешетку, закрепляют выступающие её части штырями и растягивают её, расправляя при этом все ячейки, после чего закрепляют противоположные выступающие части на штырях противоположной стороны, затем заполняют ячейки пеностекольным щебнем, и посредством вибрационного стола распределяют равномерно пеностекольный щебень, затем досыпают при необходимости, полностью заполняя ячейки, далее уплотняют щебень в ячейках посредством вибрации вибростола, а после этого накрывают верхним слоем нетканого геотекстиля и прошивают готовый мат, захватывая все слои в расчетных местах, затем устанавливают анкера с крюками в местах крайних выступающих концов объемной георешетки, при этом также объединяя все слои мата.