Устройство дорожного покрытия на подкладках Российский патент 2024 года по МПК E01C3/04 

Настоящее изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к сборно-разборным покрытиям автомобильных дорог, и может быть использовано при возведении дорожного плотна из дорожных плит в Арктической зоне.

Известна железобетонная плита сборного дорожного покрытия, включающая предварительно напряженную арматуру, стальную сетку, размещенную в двух уровнях, и сквозные пустоты - каналы для пропуска и последующего натяжения канатов, используемые для скрепления железобетонных плит стягиванием в пакеты (RU 2371536,кл. Е01С 5/10, опубл. 2009).

К недостаткам известного технического решения можно отнести то, что не предусмотрена фиксация контактирующих торцов плит от взаимных перемещений в процессе возведения дорожного полотна. При этом известно, что наибольшие динамические нагрузки от ударов колесного транспорта приходятся на стыки плит, в результате чего происходит местная просадка балласта и их разрушение.

Известны покрытия дорог из сборных железобетонных плит:

- Сборные железобетонные плиты - ГОСТ 33148-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Плиты дорожные железобетонные: п. 5.18. Для обеспечения совместной работы плит в дорожном покрытии и передачи нагрузки в продольном направлении в торцовых гранях плит устраивают стыковые соединения;

- СП 78.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85 (с Изменением N 1) Свод правил от 30.06.2012 N 78.13330.2012: п. 14.5).

Использование железобетонных плит в дорожном строительстве, согласно представленным нормативным документам, позволяет в экстремальных природно-климатических условиях, например, арктических зон, прокладывать дороги в ускоренном темпе. Однако, имеется недостаток, связанный с неравномерным вертикальном смещением граней стыкуемых плит относительно друг друга при работе на упругом основании в процессе строительства и эксплуатации, например, за счет неравномерной коррозии стыковых соединений, что негативно сказывается на долговечности работы дорожного покрытия и транспорта. При этом возникает значительная трудоемкость выполнения технологических операций по укладыванию и выравниванию плит.

Известно применение в дорожном строительстве дорожных матов из композиционных материалов (КДМ), в которых покрытие дороги образовано полимерными плитами (RU 131734,кл. Е01С 5/00, опубл. 2013). При этом плиты изготавливаются из полимерного композиционного материала, физико-механические характеристики которого обеспечивают требования к максимальной нагрузке - колесной, осевой и гусеничной, а также к химической стойкости, что обеспечивает высокую их долговечность.

Известно также устройство стыков и сопряжений дорожного покрытия, реализуемое в способе устройства стыков и сопряжений, которое включает изготовленный и уложенный ленточный материал на месте кромок стыков дорожного покрытия (RU 2599300, кл. C08L 95/00, В32В 11/00,опубл. 2016).

Однако, такая конструкция отличается сложностью изготовления и установки, а также неоднородностью деформаций плит в местах стыка на легко деформируемой ленте, что снижает эффективность использования известного устройства.

Наиболее близким техническим решением является устройство дорожного покрытия на подкладках (RU2648122, кл. Е01С 5/06, Е01С 11/04, опубл. 2018), реализуемое в способе устройства дорожного покрытия на подкладках, состоящее из дорожных плит, уложенных на подготовленное грунтовое основание через прокладки, расположенных в стыках и в местах предусматриваемых температурных швов, а также возможно и в промежутках между ними с заполненным промежутком между ними грунтом заподлицо с поверхностями этих подкладок.

Недостатками известного технического решения являются значительная трудоемкость выполнения технологических операций по укладыванию тяжелых дискретных железобетонных подкладок за счет использования дополнительного подъемно-транспортного оборудования, а также за счет необходимости последующего подвоза и заполнения промежутка между ними значительного объема песка или песчано-гравийной смеси заподлицо с поверхностями этих подкладок; снижение долговечности плит от действия фактора хрупкого разрушения бетона торцов плит в стыковых соединениях при опирании на жесткие железобетонные подкладки; снижение устойчивости полотна, как за счет неравномерно распределенной нагрузки от действия плит на дискретные железобетонные подкладки по ширине насыпи, так и за счет процессов промерзания - оттаивания, особенно при строительстве и эксплуатации дороги в сложных природно-климатических условиях арктических зон, что, в целом, снижает эффективность использования устройства.

При создании настоящего изобретения была поставлена проблема по разработке устройства, позволяющего ускоренно, качественно, а следовательно, надежно возводить и эксплуатировать дорожное плитное покрытие в сложных природно-климатических условиях строительства, например, в арктических зонах.

Техническим результатом является повышение эффективности устройства дорожного плитного покрытия насыпи за счет упрощения конструкции соединения дорожных плит и повышения его устойчивости.

Поставленная проблема и технический результат достигаются тем, что дорожное покрытие на подкладках, состоящее из дорожных плит, уложено на подготовленное грунтовое основание насыпи, включающее предварительно уложенное по ее грунтовому основанию жестко-упругие полимеркомпозитные подкладки в виде полос, на которые оперты плиты сборного железобетонного дорожного покрытия. Согласно изобретению подкладки уложены поперек насыпи на всю ее ширину с шагом равным длине дорожных плит, а на середину подкладок оперты стыки дорожных плит.

Жестко-упругие полимеркомпозитные полосы выполнены перфорированными.

Жестко-упругие полимеркомпозитные полосы выполнены с желобом по ее длине.

Жестко-упругие полимеркомпозитные полосы выполнены таврового сечения, причем ребро тавра расположено в стыке плит на всю его высоту.

Концы жестко-упругих полимеркомпозитных полос с желобом соединены с водоотводными лотками откосов насыпи.

Использование дорожного покрытия, возводимого из железобетонных плит с укладкой их в зонах стыка на подкладки, выполненные в виде непрерывных жестко-упругих полимеркомпозитных полос, уложенных поперек насыпи на всю ее ширину с шагом равным длине плиты, на середину которых опираются своими концами дорожные плиты, позволяет:

во-первых, повысить точность укладки плит; снизить трудоемкость работ по укладке плит - не надо подгонять плиты на стыке, так как все плиты укладываются на одну непрерывную жестко-упругую полосу, что исключает регулировку стыков плит; повысить надежность работы дорожного полотна при передаче вертикальной нагрузки на насыпь, так как нагрузка передается более равномерно за счет опирания всех дорожных плит своими концами на середину полосы,

во-вторых, повысить устойчивость сборного покрытия, так как взаимное смещение плит исключается за счет того, что дорожное полотно опирается на непрерывную подложку. При этом повышается ровность сборного покрытия в стыках плит, что улучшает его эксплуатационные качества,

в-третьих, снизить вероятность хрупкого разрушения бетона торцов плит в стыковых соединениях и повысить их долговечность, так как стыкуемые друг к другу плиты, уложенные по ширине насыпи, покоятся на общей подкладке, то деформации плит в стыках практически отсутствуют. Кроме того, за счет упругости материала полимеркомпозитных полос проявляется демпфирующий эффект от работы подкладки, особенно от действия ударных нагрузок колес автомобиля в месте стыка плит.

Исполнение жестко-упругих полимеркомпозитных полос перфорированными позволяет повысить ее сцепление с грунтовым основанием, что снижает влияние ударных нагрузок от колес на стыке плит и предотвращает смещение - сдвиг полосы, а также позволяет отводить воду или конденсат, проникающие в стыки плит, что повышает долговечность работы сборного дорожного полотна.

Исполнение жестко-упругих полимеркомпозитных полос с желобом по их длине позволяетсоздать естественную вентиляцию в основании плит для эффективного процесса промерзания насыпи в зимнее время, а в летнее время - удалять конденсат и воду по желобу из основания плит, что повышает устойчивость дорожного полотна и насыпи. Это особенно важно при отсыпке насыпи из некондиционных песков - из пылеватых песков, широко распространенных в Арктической зоне, что, в целом, повышает долговечность работы сборного дорожного полотна и насыпи.

Исполнение жестко-упругие полимеркомпозитных полос таврового сечения, где ребро тавра расположено в стыке плит на всю его высоту, позволяет быстрее и точнее выполнять операцию по укладке и стыковке плит, а также повышается жесткость полосы. При этом в случае промерзания и оттаивания грунта основания будет более равномерно происходить осадка звеньев плит за счет опоры стыковых соединений на усиленную ребром непрерывную полимеркомпозитную прокладку.

Исполнение стыкового соединения, где концы жестко-упругих полимеркомпозитных полос с желобом соединены с водоотводными лотками откосов насыпи, позволяет повысить устойчивость насыпи, предотвратить разрушение ее откосов особенно на особо опасных участках дороги, например, на мостовых подходах.

Дорожное покрытие на подкладках поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен поперечный разрез насыпи с покрытием из дорожных плит; на фиг. 2 изображен фрагмент дорожного покрытия из сборных железобетонных плит на подкладках из полимеркомпозитных полос (вид сбоку); на фиг. 3 - фрагмент дорожного покрытия из сборных железобетонных плит на подкладках из полимеркомпозитных полос с желобом (вид сбоку); на фиг. 4 - фрагмент дорожного покрытия из сборных железобетонных плит на подкладках из полимеркомпозитных полос таврового сечения (вид сбоку).

Дорожное покрытие на подкладках включает грунтовую насыпь 1, на которой поперек нее на всю ширину уложены подкладки в виде полимеркомпозитных полос 2 с шагом равным длине дорожной плиты, на середину которых опираются в стык 3 своими концами дорожные плиты 4, образующие сборное железобетонное дорожное покрытие, при этом промежутки между подкладками заполнены песком или ПГС в виде слоя 5 заподлицо с их поверхностями (фиг. 1, фиг. 2). Кроме этого, в качестве подкладки могут быть использованы полимеркомпозитные перфорированные полосы, а также полимеркомпозитные полосы 2 с желобом 6 (фиг. 3). При этом концы полимеркомпозитных полос с желобом могут быть соединены с водоотводными лотками откосов насыпи. В отдельных случаях в качестве подкладки могут быть использованы полимеркомпозитные полосы таврового сечения 7 с ребром 8 (фиг. 4).

Размеры полос: толщина, ширина, длина, а также размеры желоба и отверстий с их количеством, задаются из условий работы полосы и величины воспринимаемой нагрузки.

Дорожное покрытие на подкладках изготавливается и работает следующим образом.

Сначала изготавливают подкладки в виде непрерывных полимеркомпозитных полос, для чего могут быть использованы готовые полимерные композитные плиты (например, из полимеркомпозитного материала согласно патенту RU№152159, опубл. 2015) с заданными размерами и характеристиками повышенной химической стойкости, повышенной прочности, повышенной морозостойкости и повышенной износостойкости.

После изготовления непрерывных полимеркомпозитных полос заданного размера их укладывают на выровненную поверхность насыпи 1 с фиксацией, например, винтовыми анкерами. Непрерывные полимеркомпозитные полосы располагают поперек насыпи 1 на всю ее ширину с шагом равным длине плиты, на середину которых должны опираться своими концами дорожные плиты 4 (фиг. 1, фиг. 2). Далее заполняются промежутки 5 между ними песком или песчано-гравийной смеси, заподлицо с поверхностями этих подкладок 2 с последующим устройством по ним сборного железобетонного дорожного покрытия 4 (фиг. 2). При этом дорожные плиты монтируется согласно техническим нормам.

В случае применения непрерывной полимеркомпозитной полосы 2 с желобом 6 дорожные плиты 4 укладывают так, чтобы их концы опирались на ее середину2 (фиг. 3).

В случае применения полосы таврового сечения 7 дорожные плиты 4 укладывают так, чтобы ребро 8 тавра располагалось - зажималось в стыке 3 дорожных плит 4 на всю их толщину (фиг. 4). В этом случае упрощается технология укладки плит, так как не требуется выравнивание их торцов относительно прилегающих плит.

При приложении нагрузки на дорожные плиты, опирающиеся своими концами на середину полосы, они будут работать, как балки на двух опорах. В этом случае дорожные плиты будут воспринимать нагрузку совместно с полосой, через которую будет в начальный момент передаваться основная нагрузка на насыпь. При этом использование перфорированной полосы позволяет повысить эффективность предотвращения развития сдвиговых деформаций в основании сборного дорожного полотна, что повышает надежность - эффективность его работы. Кроме этого, в случае образования конденсата и проникновения воды, для их отвода рекомендуется использовать подложку в виде непрерывной жестко-упругой полимеркомпозитной полосы с желобом по ее длине.

При этом за счет меньшей массы полимеркомпозитной полосы и ее непрерывности, чем дискретная бетонная подложка в прототипе, дорожная плита вместе с полимеркомпозитной полосой будут оказывать и меньшее давление на грунтовое основание, что предотвращает в нем развитие части возможных деформационных сдвигов и, соответственно, повышает устойчивость дорожного полотна. При этом снижается трудоемкость и повышается технологичность процесса возведения сборного дорожного полотна за счет отказа от использования грузоподъемного оборудования в случае применения облегченных полимеркомпозитных полос по сравнению с бетонными подложками, используемых в прототипе, что повышает надежность - эффективность работы дорожного покрытия, в целом.

Кроме этого, в случае действия повышенных динамических нагрузок в стыках плит, например от работы тяжелой техники, часть возможных формируемых микротрещин в торцах дорожных плит и их развитие, будут гаситься упругой полимеркомпозитной полосой, что повышает их трещиностойкость.

В целом, предлагаемое техническое решение улучшает условия эксплуатации (ремонтируемости) дорог, повышает их долговечность. При этом даже при возможной просадке в отдельных местах подкладок не возникают стыковые ребра, а формируется бездефектная поверхность дорожного полотна, не мешающая движению.

На общей конструктивной схеме дорожной насыпи со сборным покрытием из плит (фиг. 1 - фиг. 4) видно, что основные конструктивные элементы сборного дорожной покрытия, уложенного на полимеркомпозитных полосах, связаны между собой через стыковые соединения и подложку в виде полимеркомпозитной полосы, которая может быть выполнена перфорированной или усилена тавровым ребром, что в этом случае приводит к повышенной сопротивляемости сдвиговым деформациям и жесткости дорожного полотна. Поэтому предлагаемая конструкция сборного дорожного полотна может работать более эффективно. При этом повышается технологичность выполнения операций по монтажу сборного дорожного полотна за счет снижения материалоемкости.

Улучшенные эксплуатационные свойства и меньшая масса сборного дорожного полотна, возведенного на непрерывных полимеркомпозитных подложках, уложенных в опорных зонах плит, а также повышенная технологичность позволяют рекомендовать это техническое устройство к использованию при обустройстве временных вертолетных площадок, дорог и аэродромов в сложных природно-климатических условиях строительства в арктических зонах.

Таким образом, разработано дорожное покрытие на подкладках, эффективность которого складывается из следующих основных факторов:

- упрощение технологи возведения сборного дорожного покрытия за счет отказа от выполнения операции по подгонке плит в стыковых соединениях;

- снижение трудоемкости и упрощение технологи за счет отказа от изготовления бетонных подложек, а использования готовых непрерывных подложек в виде полимеркомпозитных полос;

- отказ от использования мощного подъемно-транспортного оборудования в случае укладки легких полимеркомпозитных полос вместо тяжелых бетонных подложек;

- улучшение условий эксплуатации (ремонтируемости) дорог, что повышает их долговечность;

- повышение качества покрытия за счет отсутствия появления стыковых ребер и формирования практически бездефектной поверхности дорожного полотна.

Для обоснования работоспособности предлагаемого технического решения - дорожной плиты с улучшенными эксплуатационными свойствами были выполнены лабораторные модельные испытания.

Для этого в качестве моделей дорожных плит изготавливались стандартные бетонные балочки 40×40×160 мм в количестве шесть штук. Также изготавливались две подложки в виде полимеркомпозитной полосы из стеклоткани, пропитанной эпоксидной смолой с получением полимеркомпозитных пластин толщиной 5 мм и длиной 120 мм с возможность укладки на нее торцами трех балочек. При этом для прочного соединения с грунтом в них выполнялись отверстия диаметром 3 мм.

Для изготовления балочек использовалась цементо-песчаная смесь в соотношении 1:3. Песок использовался карьерный, средней крупности, вяжущее - портландцемент М500. Водоцементное отношение задавалось 0,5. Балочки формовались на виброплощадке с вертикально направленными колебаниями с последующей тепловой обработкой в пропарочной камере.

Испытания выполнялись в грунтовом лотке под вертикальной нагрузкой на прессетрех бетонных балочек, уложенных на песок через подложку, и отдельно трех бетонных балочек, уложенных непосредственно на песок.

В процессе испытаний было зафиксировано:

- время, затраченное на укладку балочек на подложку, было, примерно, в три раза меньше времени, затраченное при укладке балочек непосредственно на песок;

- деформация балочек, уложенных на подложку, была в два с половиной раза меньше, чем деформация балочек, уложенных непосредственно на песок.

Учитывая полученные положительные результаты испытаний бетонных балочек на подложке в виде полимеркомпозитной пластины под нагрузкой, можно сделать вывод, что использование предлагаемой конструкции сборной дорожной полотна на подложке позволит снизить распределенную нагрузку на основание, улучшить эксплуатационные свойства сборного дорожного полотна, ускорить строительство дороги, повысить технологичность и снизить трудоемкость работ, что особенно важно в случае ее применения в сложных природно-климатических условиях строительства в арктических зонах и с учетом проблемы доставки материалов. При этом используемые дорожные плиты остаются стандартными.

Дорожное покрытие на подкладках в виде непрерывных жестко-упругих полимеркомпозитных полос опробовано в виде модели и испытано в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ и показала повышенные эксплуатационные характеристики, а также возможность его реализации в реальных условиях строительства. Наиболее эффективно предлагаемое сборное дорожное покрытие на подкладках может быть применено на наиболее сложных участках строительства в арктических зонах.

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к сборно-разборным покрытиям автомобильных дорог из дорожных плит. Технический результат – повышение надежности покрытия. Дорожное покрытие из дорожных плит на подкладках уложено на подготовленное грунтовое основание насыпи. Предварительно укладывают по грунтовому основанию насыпи жестко-упругие полимеркомпозитные подкладки в виде полос, на которые оперты плиты сборного железобетонного дорожного покрытия. Подкладки уложены поперек насыпи на всю ее ширину с шагом равным длине дорожных плит, а на середину подкладок оперты стыки дорожных плит. Жестко-упругие полимеркомпозитные полосы могут быть выполнены перфорированными или с желобом по длине прокладки. Жестко-упругие полимеркомпозитные полосы могут быть выполнены таврового сечения, причем ребро тавра расположено в стыке плит на всю его высоту. Концы жестко-упругих полимеркомпозитных полос с желобом могут быть соединены с водоотводными лотками откосов насыпи. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Дорожное покрытие на подкладках, состоящее из дорожных плит, уложенное на подготовленное грунтовое основание насыпи, включающее предварительно уложенные по ее грунтовому основанию жёстко-упругие полимеркомпозитные подкладки в виде полос, на которые опёрты плиты сборного железобетонного дорожного покрытия, отличающееся тем, что подкладки уложены поперек насыпи на всю её ширину с шагом равным длине дорожных плит, а на середину подкладок опёрты стыки дорожных плит.

2. Дорожное покрытие на подкладках по п. 1, отличающееся тем, что жёстко-упругие полимеркомпозитные полосы выполнены перфорированными.

3. Дорожное покрытие на подкладках по п. 1, отличающееся тем, что жёстко-упругие полимеркомпозитные полосы выполнены с жёлобом по её длине.

4. Дорожное покрытие на подкладках по п. 1, отличающееся тем, что жёстко-упругие полимеркомпозитные полосы выполнены таврового сечения, причем ребро тавра расположено в стыке плит на всю его высоту.

5. Дорожное покрытие на подкладках по п. 3, отличающееся тем, что концы жёстко-упругих полимеркомпозитных полос с жёлобом соединены с водоотводными лотками откосов насыпи.