Дорожное покрытие на подкладках Российский патент 2024 года по МПК E01C5/06 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. МПК: Е01С 5/10. Железобетонная плита сборного дорожного покрытия. Опубл. 2009).

Однако в данном техническом решении 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 грунтовом 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. МПК: Е01С 5/00. Композиционный дорожный мат для дорог со сборно-разборным покрытием, 2013). При этом плиты изготавливают 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.

Известна также группа изобретений, которые относятся к способам изготовления и укладки ленточного дорожно-строительного материала на основе полимерно-битумных вяжущих, и может быть использована для обеспечения герметизации стыков и сопряжений при устройстве асфальтобетонных покрытий на автомобильных дорогах, мостовых сооружениях и аэродромах (RU, №2599300. МПК: C08L 95/00, В32В 11/00. Способ изготовления безосновного ленточного материала для дорожного покрытия и способ устройства стыков и сопряжений из безосновного ленточного материала. Опубл. 2016; ПМ RU № 143147, МПК Е01С 7/22. Лента дорожная гидроизоляционная. Опубл. 2014).

Недостатки заключаются в том, что механическую фиксацию ленточного материала осуществляют или укаткой автотранспортом в месте примыкания полос, или укаткой катком в месте примыканий асфальта и бетонной конструкции. В обоих случаях образуется компенсационный шов недостаточного качества, а именно с недостаточной герметичностью. В тоже время известно, что асфальтобетон при понижении температуры подвержен температурному сжатию, в результате чего линейные размеры швов, трещин, стыков и сопряжений увеличиваются. При этом для обеспечения герметичности герметизирующий материал должен обладать надежной адгезией со стыкуемой поверхностью.

Известен также полимерный композиционный конструкционный материал - сотовый поликарбонат - прочный гибкий материал, состоящий из множества сквозных камер и представляющий собой двух- или трехслойную панель с расположенными между ними продольными ребрами жесткости (электронный ресурс: Поликарбонат: spk-plast.ru). Поликарбонат обладает высокой жесткостью (предел текучести при растяжении - 60-70 МПа) в сочетании с очень высокой стойкостью к ударным воздействиям, в том числе при повышенной и пониженной температуре (электронный ресурс: kompamid.ru).

Однако, применение сотового поликарбоната в качестве подкладок для сборных дорожных покрытий не найдено.

Известно устройство дорожного покрытия на подкладках, 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 (RU, №2648122, МПК: Е01С 5/06, Е01С 11/04. Способ устройства дорожного покрытия на подкладках. Опубл. 2018).

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.

Наиболее близким техническим решением является основание под жесткое дорожное покрытие, состоящее из дорожных плит, уложенное на подготовленное грунтовое основание насыпи, включающее предварительно уложенное по ее грунтовому основанию упругие подшовные подкладки в виде полос, расположенных поперек швов и краев и длиной более зон вибротекучести песчаного слоя, на которые оперты плиты сборного железобетонного дорожного покрытия (патент SU №:1824470, МПК: Е01С 13/02. Основание под жесткое дорожное покрытие. Опубл. 1993).

Однако такая конструкция отличается сложностью изготовления и установки большого количества подшовных подкладок в местах стыковки плит, а также неоднородностью деформаций плит в местах стыка, 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 задача по разработке устройства, позволяющее более ускоренно и более качественно - более надежно возводить и эксплуатировать дорожное плитное покрытие в сложных природно-климатических условиях строительства, например, в арктических зонах.

Техническим результатом является упрощение конструкции дорожного плитного покрытия насыпи и повышение его устойчивости за счет упрощения стыковки - соединения дорожных плит по всей ширине плитного покрытия насыпи одной подложкой.

Поставленная задача и указанный технический результат достигается тем, что дорожное покрытие на подкладках, состоящее из дорожных плит, уложенных на подготовленное грунтовое основание насыпи, включающее предварительно уложенные по ее грунтовому основанию жестко упругие полимерные подкладки в виде полос, промежутки между которыми заполнены песком или песчано-гравийной смесью заподлицо с поверхностями подкладок, на которых расположены стыки плит сборного железобетонного дорожного покрытия, при этом полимерные подкладки уложены под стыками плит по всей ширине дорожного покрытия и выполнены в виде непрерывных полос из поликарбоната, каждая из которых состоит из двух полос, соединенных ребрами с образованием между ними, каналов, ориентированных поперек насыпи. Кроме того, каждая подкладка снабжена дополнительной полосой с ребрами.

Использование дорожного покрытия, возводимого из железобетонных плит с укладкой их в зонах стыка на подкладки, выполненные в виде непрерывных жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос, состоящих из двух слоев, соединенных ребрами - перегородками с образованием между ними каналов по длине полосы, ориентированных поперек насыпи, и уложенных поперек насыпи на всю ее ширину, и уложенных под стыками плит по всей ширине дорожного покрытия, (например, Сотовый поликарбонат: spk-plast.ru) позволяет: упростить конструкцию за счет использования одной непрерывной прокладки в виде полосы, укладываемой на все стыки по ширине дороги, и 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 сопротивляемость динамическим нагрузкам, особенно в местах стыков плит, за счет жестко-упругих упругих свойств сотовых поликарбонатных полос, повысить сохранность насыпи в мерзлом состоянии за счет того, что создается естественная вентиляция по каналам, повышая эффективность процесса промерзания насыпи в опорных местах плит (в стыках) в зимнее время, тем самым, повышая устойчивость насыпи, а в летнее время - удаляется конденсат и вода, что повышает долговечность плит и насыпи. Это особенно важно при отсыпке насыпи из некондиционных песков - пылеватых песков, отличающихся повышенной льдистостью или влажностью, широко распространенных в Арктической зоне; повысить точность укладки плит и упростить ремонт полотна; 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 - непрерывной подложки. При этом повышается ровность сборного покрытия в стыках плит, что улучшает его эксплуатационные качества что, в целом, повышает долговечность работы сборного дорожного полотна и насыпи.

Исполнение жестко-упругих поликарбонатных упругих полос однослойными с односторонними ребрами на их поверхности, заглубленные в грунтовое основание, позволяет укладывать с задавливанием ребер в грунтовое основание плит, поэтому не требуется выравнивающий слой - с заполнением промежутка между полосами - подкладок песком или песчано-гравийной смесью заподлицо с поверхностями этих подкладок, соответственно, упраздняется технологическая операция, повышается устойчивость полотна за счет снижения возможного сдвига - повышается сопротивляемость сдвиговым процессам, поэтому сборное покрытие работает более устойчиво.

Исполнение жестко-упругих поликарбонатных упругих полос комбинированными, по крайней мере, двойными в комбинации, состоящей из однослойной полосы и однослойной полосы с ребрами или однослойной полосы и двухслойной полосы с внутренними ребрами позволяет воспринимать повышенные нагрузки. При этом так как стыкуемые друг к другу плиты, уложенные по ширине насыпи, покоятся на общей подкладке, то деформации плит в стыках практически отсутствуют, при этом за счет жесткости и упругости сотового поликарбонатного материала полос проявляется демпфирующий эффект от работы подкладки, особенно от действия ударных нагрузок колес автомобиля в месте стыка плит, что снижает вероятность хрупкого разрушения бетона торцов плит в стыковых соединениях и повышает их долговечность.

Дорожное покрытие на подкладках поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен поперечный разрез насыпи с покрытием из дорожных плит на подкладках; на фиг. 2 изображен фрагмент дорожного покрытия из сборных железобетонных плит на подкладках из жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос (вид сбоку); на фиг. 3 - фрагмент дорожного покрытия из сборных железобетонных плит на подкладках из жестко-упругих однослойных сотовых поликарбонатных полос односторонними ребрами (вид сбоку); на фиг. 4 - фрагмент дорожного покрытия из сборных железобетонных плит на комбинированных подкладках из двойных жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос (вид сбоку).

На фиг. 1 - фиг. 4 обозначено: 1 - насыпь; 2 - жестко-упругие сотовые поликарбонатные полосы; 3 - стыки дорожных плит; 4 - дорожные плиты; 5 -грунтовый слой; 6 - жестко-упругие сотовые поликарбонатные полосы с односторонними ребрами 7.

Дорожное покрытие на подкладках включает грунтовую насыпь 1, на которой поперек нее на всю ширину уложены подкладки в виде жестко-упругих сотовых поликарбонатных 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 жестко-упругие однослойные сотовые поликарбонатные полосы 6 с односторонними ребрами 7 (фиг. 3). В отдельных случаях в качестве подкладки могут быть использованы комбинированные двойные жестко-упругие сотовые поликарбонатные полосы (фиг. 4).

Размеры полос: толщина, ширина, длина, а количество ребер, задаются из условий работы полосы и величины воспринимаемой нагрузки.

Дорожное покрытие на подкладках изготавливается и работает следующим образом.

Сначала изготавливают подкладки в виде непрерывных жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос, для чего могут быть использованы готовые жестко-упругие сотовые поликарбонатные плиты (например, электронный ресурс: Поликарбонат: spk-plast.ru) с заданными размерами и характеристиками повышенной химической стойкости, повышенной прочности, повышенной морозостойкости и повышенной износостойкости.

После изготовления непрерывных жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос заданного размера их укладывают на выровненную поверхность насыпи 1 с фиксацией, например, винтовыми анкерами. Непрерывные жестко-упругие сотовые поликарбонатные полосы 2 располагают поперек насыпи 1 на всю ее ширину с шагом равным длине плиты, на середину которых должны опираться своими концами в стыке 3 дорожные плиты 4 (фиг. 1, 2). Далее заполняют промежутки между жестко-упругими поликарбонатными полосами 2 песком или песчано-гравийной смесью 5, заподлицо с их поверхностями с последующим устройством по ним сборного железобетонного дорожного покрытия 4 (фиг. 2). При этом дорожные-плиты 4 монтируются согласно техническим нормам.

В случае применения непрерывных упругих однослойных сотовых поликарбонатных полос 6 с односторонними ребрами 7 (фиг. 3) их расстилают ребрами вниз с полным заглублением-задавливанием в грунт насыпи 1, после чего дорожные плиты 4 укладывают так, чтобы их концы - стыки 3 плит 4 - опирались на середину жестко-упругих поликарбонатных полос 2 (фиг. 3).

В случае применения комбинированных двойных жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос 2,6 (фиг. 4) отдельные полосы предварительно соединяют между собой, например, с помощью клея, после чего полученные комбинированные двойные жестко-упругие сотовые поликарбонатные полосы расстилают на подготовленное основание насыпи 1 и укладывают дорожные плиты 4 (фиг. 4). В этом случае появляется возможность воспринимать повышенные нагрузки, а также 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 жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос - однослойных или комбинированных позволяет повысить эффективность работы при повышенных нагрузках, особенно динамических, а также снизить развитие сдвиговых деформаций в основании сборного дорожного полотна, что повышает устойчивость сборного дорожного полотна, а, в целом, надежность - эффективность его работы. Кроме этого, образующейся конденсат или проникшая вода будут отводиться по каналам сотовых поликарбонатных полос, что повышает долговечность работы дорожного покрытия.

При этом за счет меньшей массы упругих сотовых поликарбонатных полос и их непрерывности, чем дискретная бетонная подложка в прототипе, дорожные плиты вместе с жестко-упругими сотовыми поликарбонатными полосами 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 жестко-упругих сотовых поликарбонатных 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 дорожных плит, например от работы тяжелой техники, часть возможных формируемых микротрещин в их торцах плит и их развитие, будут гаситься жестко-упругими сотовыми поликарбонатными полосами, что повышает трещиностойкость сборного дорожного полотна.

В целом, предлагаемое техническое решение упрощает технологию возведения сборного дорожного полотна, а также 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 транспорта.

На общей конструктивной схеме дорожной насыпи со сборным покрытием из плит (фиг. 1-4) видно, что основные конструктивные элементы сборного дорожной покрытия, уложенного на подложке в виде жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос, связаны между собой через стыковые соединения и подложку, которая может быть выполнена однослойной с упрочненной сотовой структурой или комбинированной - двухслойной, усиленной 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.

Улучшенные эксплуатационные свойства и меньшая масса сборного дорожного полотна, возведенного на непрерывных подложках в виде жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос, 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 в виде жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос, эффективность которого складывается из следующих основных факторов:

- упрощение конструкции устройства дорожного покрытия на подкладках из жестко-упругих полос и технологии 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 тяжелых бетонных подложек, а использования готовых легких непрерывных подложек в виде жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос;

- отказ от использования мощного подъемно-транспортного оборудования в случае укладки легких жестко-упругих сотовых поликарбонатных 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 - дорожного покрытия на подкладках с улучшенными эксплуатационными свойствами были выполнены лабораторные модельные испытания.

Для этого в качестве моделей дорожных плит изготавливали стандартные бетонные балочки 40×40×160 мм в количестве шесть штук. Также изготавливали две подложки в виде жестко-упругих сотовых полос из поликарбонатного листа (ГОСТ Р 56712-2015),толщиной 6 мм и длиной 120 мм с возможность укладки на них торцами трех балочек.

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

Испытания выполняли в грунтовом лотке под вертикальной нагрузкой на прессе трех 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 на стыковку балочек при укладке 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 жестко-упругих сотовых полос из поликарбонатного листа под нагрузкой, можно сделать вывод, что использование предлагаемой конструкции сборного дорожного полотна на подложке в виде упругих сотовых поликарбонатных полос позволит упростить конструкции дорожного покрытия на подкладках, 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 сотовых поликарбонатных полос опробовано в виде модели и испытано в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ и показало повышенные эксплуатационные характеристики, а также возможность его реализации в реальных условиях строительства. Наиболее эффективно предлагаемое устройство сборного дорожного покрытия на подкладках в виде жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос может быть применено на наиболее сложных участках строительства в арктических зонах.

Настоящее изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано при возведении дорожного полотна из дорожных плит. Технический результат - упрощение конструкции дорожного плитного покрытия насыпи и повышение его устойчивости. Дорожное покрытие на подкладках состоит из дорожных плит, уложенных на подготовленное грунтовое основание насыпи, включающее предварительно уложенные по ее грунтовому основанию жестко упругие полимерные подкладки в виде полос, промежутки между которыми заполнены песком или песчано-гравийной смесью заподлицо с поверхностями подкладок. На подкладках расположены стыки плит сборного железобетонного дорожного покрытия. Полимерные подкладки уложены под стыками плит по всей ширине дорожного покрытия и выполнены в виде непрерывных полос из поликарбоната, каждая из которых состоит из двух полос, соединенных ребрами с образованием между ними каналов, ориентированных поперек насыпи. Кроме того, каждая подкладка может быть снабжена дополнительной полосой с ребрами. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Дорожное покрытие на подкладках, состоящее из дорожных плит, уложенных на подготовленное грунтовое основание насыпи, включающее предварительно уложенные по ее грунтовому основанию жестко упругие полимерные подкладки в виде полос, промежутки между которыми заполнены песком или песчано-гравийной смесью заподлицо с поверхностями подкладок, на которых расположены стыки плит сборного железобетонного дорожного покрытия, отличающееся тем, что полимерные подкладки уложены под стыками плит по всей ширине дорожного покрытия и выполнены в виде непрерывных полос из поликарбоната, каждая из которых состоит из двух полос, соединенных ребрами с образованием между ними каналов, ориентированных поперек насыпи.

2. Дорожное покрытие на подкладках по п. 1, отличающееся тем, что каждая подкладка снабжена дополнительной полосой с ребрами.