Дорожное сборное полотно Российский патент 2024 года по МПК E01C5/06 

Настоящее изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к сборно-разборным покрытиям автомобильных дорог, и может быть использовано при возведении дорожного полотна 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 (патент RU №2371536. МПК: Е01С 5/10. Железобетонная плита сборного дорожного покрытия. Опубликовано 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 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 (патент на полезную модель №131734. МПК: Е01С 5/00. Композиционный дорожный мат для дорог со сборно-разборным покрытием, 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.

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 (патент 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; полезная модель 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.

Известны бетонные дорожные отбойники, например, таврового типа со сквозными пазами в их основании, устанавливаемые на разделительной полосе автодороги. Например, блок парапетного ограждения двухсторонний компании «Штарком» по ГОСТ Р 52289-2004 (Электронный ресурс: obeton.ru>catalog/dorozhnye-ograjd).

Недостатком таких блоков является отсутствие условия применимости к их совместной работе с дорожным покрытием, что снижает устойчивость полотна дороги.

Известны бетонные водоотводные лотки, например телескопические, для укрепления откосов насыпей дорог (например: Устройство водосбросных сооружений с проезжей части из лотков в откосах насыпи: Электронный ресурс: stroitech-msk.ru).

Недостатком таких блоков является отсутствие условия применимости к их совместной работе с дорожным покрытием, что снижает устойчивость полотна дороги и ее откосов.

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.

Наиболее близким техническим решением является 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 (патент РФ №2648122, МПК: Е01С 5/06, Е01С 11/04. Способ устройства дорожного покрытия на подкладках. Опубликовано 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.

При создании настоящего изобретения была поставлена задача по разработке устройства, позволяющее более надежно, а также ускоренно возводить и эксплуатировать дорожное сборное полотно в сложных природно-климатических условиях строительства, например, в арктических зонах.

Техническим результатом является повышение устойчивости дорожного сборного полотна за счет более надежной стыковки - соединения дорожных плит по всей ширине плитного покрытия насыпи в комплексе с дорожными бетонными отбойниками и водоотводными лотками, а также повышение устойчивости откосов насыпи и безопасности движения.

Поставленная задача и указанный технический результат достигается тем что дорожное сборное полотно, состоящее из дорожных плит, уложенных на расположенные на насыпи подкладки, промежутки между которыми заполнены песком или песчано-гравийной смесью заподлицо с поверхностями подкладок, с последующим устройством по ним сборного железобетонного дорожного покрытия, выполненных в виде жестко-упругих полос, отличающееся тем, что по середине и по краям обочины дорожного полотна установлены бетонные отбойники, между которыми уложены дорожные плиты, длина которых равна длине бетонных отбойников, а подкладки выполнены в виде непрерывных на всю ширину насыпи жестко-упругих полос сотового поликарбоната, на внешней стороне каждой полосы по ее середине на всю длину выполнено одно непрерывное стыковочное ребро таврового профиля, при этом дорожные плиты и бетонные отбойники расположены встык со стыковочным ребром. При этом, на бетонных отбойниках установлены светильники. Кроме того, в основании бетонных отбойников выполнены сквозные пазы, соединенные с уложенными в откосах насыпи водоотводными лотками.

Использование дорожного сборного полотна, в котором по середине и по краям обочины дорожного полотна установлены бетонные отбойники, между которыми уложены дорожные плиты, длина которых равна длине бетонных отбойников, а подкладки выполнены в виде непрерывных на всю ширину насыпи жестко-упругих полос сотового поликарбоната, на внешней стороне каждой полосы по ее середине на всю длину выполнено одно непрерывное стыковочное ребро таврового профиля, при этом дорожные плиты и бетонные отбойники расположены встык со стыковочным ребром (например, Сотовый поликарбонат: spk-plast.ru) позволяет, во-первых, повысить устойчивость покрытия за счет того, что торцы - концы плит и бетонных отбойников лежат на полимеркомпозитной непрерывной полосе - подкладке и совместной работы, когда плиты зажаты между бетонными отбойниками, что снижает возможность их смещения и повышает безопасность движения, во-вторых, 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, в-третьих, повысить сопротивляемость динамическим нагрузкам, особенно в местах стыков плит, за счет жестко-упругих упругих свойств сотовых поликарбонатных полос, в-четвертых, повысить надежность работы дорожного полотна при передаче вертикальной нагрузки на насыпь, так как нагрузка передается более равномерно за счет опирания всех дорожных плит и бетонных отбойников своими концами на середину одной полосы - непрерывной подкладки, особенно при действии повышенных нагрузок, в-пятых, повысить прочность подложки, упростить (совместить) процесс укладки плит и бетонных отбойников на подложку - полосу за счет выдержки одной толщины зазора между торцами плит, используя стыковочное ребро таврового профиля, что позволяет быстрее и точнее выполнять операции по укладке плит и бетонных отбойников.

Использование дорожного сборного полотна, в котором на бетонных отбойниках установлены светильники позволяет повысить безопасность движения - снизить аварийность, особенно, на опасных участках дороги в арктических зонах, где длительное время в году не хватает дневного освещения, и упростить организацию освещения - не требуются отдельные опоры для подсветки полотна и обочины дороги.

Использование дорожного сборного полотна, в котором в основании бетонных отбойников выполнены сквозные пазы, соединенные с уложенными в откосах насыпи водоотводными лотками, позволяет предотвратить или снизить действие фактора по размыванию обочины и откоса насыпи, что повышает ее устойчивость, а, в целом, повысить долговечность работы дорожного сборного полотна и насыпи.

Дорожное сборное полотно поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен поперечный разрез насыпи с дорожным сборным полотном из дорожных плит и бетонных отбойников на подкладках из непрерывных жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос со стыковочным ребром таврового профиля; на фиг. 2 изображен фрагмент сборного дорожного покрытия из дорожных плит и бетонных отбойников на подкладках (вид сбоку - вид А).

На фиг. 1 - фиг. 2 обозначено: 1 - грунтовая насыпь; 2 - непрерывные жестко-упругие сотовые поликарбонатные полосы; 3 - слой из песка или песчано-гравийной смеси; 4 - бетонные отбойники; 5 - дорожные плиты; 6 - непрерывное стыковочное ребро таврового профиля; 7 - стыки дорожных плит и отбойников; 8 - сквозные пазы бетонных отбойников; 9 - водоотводные лотки; 10 - светильники.

Дорожное сборное полотно включает грунтовую насыпь 1, на которой поперек нее на всю ширину уложены подкладки в виде непрерывных жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос 2, с заполнением промежутка между ними слоем из песка или песчано-гравийной смеси 3 заподлицо с поверхностями этих подкладок, на которые по середине и по краю обочины дорожного полотна установлены бетонные отбойники 4, между которыми уложены дорожные плиты 5, длина которых равна длине бетонных отбойников 4 (фиг. 1), причем на верхней стороне подкладок 2 выполнено одно непрерывное стыковочное ребро таврового профиля 6, проходящее по середине полосы 2 на всю длину в стыке 7 дорожных плит 5 и отбойников 4, а в основании бетонных отбойников 4 имеются сквозные пазы 8, соединенные с водоотводными лотками 9 откоса насыпи 1 дороги, кроме этого на крайних бетонных отбойниках установлены светильники 10 (фиг. 1, фиг. 2).

Размеры отбойников, дорожных плит и подкладок в виде полос со стыковочным ребром таврового профиля задаются из условий работы дорожного сборного полотна и величины воспринимаемой нагрузки.

Дорожное сборное полотно изготавливают и работает следующим образом.

Сначала изготавливают подкладки в виде однослойных полос с непрерывным стыковочным ребром таврового профиля, которые получают из двухслойных сотовых поликарбонатных плит путем удаления одного слоя и оставления одного ребра. Для этого 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. При этом поликарбонатные однослойные полосы с непрерывным стыковочным ребром таврового профиля могут быть изготовлены непосредственно на профильном предприятии.

После изготовления непрерывных жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос с непрерывным стыковочным ребром таврового профиля 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 дорожные плиты 5 и бетонные отбойники 4, упираясь в стыковочное ребро таврового профиля 6 (фиг. 1, фиг. 2). Далее заполняют промежутки между жестко-упругими поликарбонатными полосами 2 песком или песчано-гравийной смесью 3, заподлицо с их поверхностями с последующим устройством по ним сборного железобетонного дорожного покрытия 4, 5 (фиг. 2). После сборки дорожного полотна соединяют сквозные пазы 8 дорожных бетонных отбойников 4 с водоотводными лотками 9, установленных по откосам насыпи 1 (фиг. 2). При этом дорожные плиты 5, бетонные отбойники 4 и водоотводные лотки 9 монтируются согласно техническим нормам.

При приложении нагрузки на дорожные плиты, опирающиеся своими концами на середину полос с непрерывным стыковочным ребром таврового профиля, 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 с непрерывным стыковочным ребром таврового профиля позволяет повысить эффективность работы при повышенных нагрузках, особенно динамических, а также снизить развитие сдвиговых деформаций в основании дорожного сборного полотна, что повышает устойчивость сборного дорожного полотна, а, в целом, надежность - эффективность его работы.

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 сборного полотна. При этом снижается трудоемкость и повышается технологичность процесса возведения дорожного сборного 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 сборного полотна, 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, усиленных непрерывным стыковочным ребром таврового профиля, что повышает трещиностойкость дорожного сборного полотна.

Кроме этого, соединение водоотводных лотков непосредственно с бетонными отбойниками дорожного сборного полотна дороги позволяет отводить воду, не нарушая состояние обочины и откосов насыпи, повышая ее устойчивость.

В целом, предлагаемое техническое решение упрощает технологию возведения дорожного сборного полотна, а также улучшает условия эксплуатации и ремонтируемости дорог, повышает их долговечность.

На общей конструктивной схеме дорожной насыпи со сборным покрытием из плит и бетонных отбойников (фиг. 1 - фиг. 2) видно, что основные конструктивные элементы дорожного сборного полотна, уложенного на подложке в виде жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос, усиленных непрерывным стыковочным ребром таврового профиля, связаны между собой через стыковые соединения и подложку - полосу, что в этом случае приводит к повышенной сопротивляемости сдвиговым деформациям и жесткости дорожного полотна. Поэтому предлагаемая конструкция дорожного сборного полотна может работать более эффективно. При этом повышается технологичность выполнения операций по монтажу сборного дорожного полотна.

Таким образом, разработано дорожное сборное полотно на подкладках в виде жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос с непрерывным стыковочным ребром таврового профиля в комплексе с отбойниками, эффективность которого складывается из следующих основных факторов:

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

- снижение трудоемкости за счет отказа от изготовления тяжелых бетонных подложек, а использования готовых легких непрерывных подложек в виде жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос;

- повышение устойчивости дорожного полотна дороги и ее откосов за счет совместной работы сборного покрытия, бетонных отбойников и водоотводных лотков;

- отказ от использования мощного подъемно-транспортного оборудования в случае укладки легких жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос вместо тяжелых бетонных подложек;

- улучшение условий эксплуатации и ремонтируемости дорожного полотна, что повышает их долговечность;

Для обоснования работоспособности предлагаемого технического решения - дорожного сборного полотна на подкладках с улучшенными эксплуатационными свойствами были выполнены лабораторные модельные испытания.

Для этого в качестве моделей дорожных плит и бетонных отбойников изготавливались стандартные бетонные балочки 40×40×160 мм в количестве восьми штук. Также изготавливались две подложки в виде жестко-упругих сотовых полос с ребром из поликарбонатного листа (ГОСТ Р 56712-2015), толщиной 6 мм и длиной 120 мм с возможность укладки на них торцами трех балочек и по краям балочек на боку для имитации работы отбойников.

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 прессе, в одном случае, трех бетонных балочек и балочки между ними, уложенной на боку моделируя работу бетонного отбойника, уложенных на песок через подложку, а в другом случае, отдельно трех бетонных балочек и балочки, уложенной на боку непосредственно на их поверхности моделируя работу отбойника, уложенных непосредственно на песок.

В процессе испытаний было зафиксировано:

- время, затраченное на укладку балочек в качестве покрытия с балочкой между ними на подложку, было, примерно, в два раза меньше времени, затраченное на стыковку балочек, моделирующих дорожное сборное полотно с балочкой - отбойником 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 с ребром из поликарбонатного листа, моделирующих комплексную работу сборного полотна и бетонных отбойников под нагрузкой, можно сделать вывод, что использование предлагаемой конструкции дорожного сборного полотна на подложке в виде упругих сотовых поликарбонатных полос с ребром и отбойниками позволит упростить технологию его возведения, снизить распределенную нагрузку на основание, улучшить эксплуатационные свойства дорожного сборного 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 и бетонные отбойники остаются стандартными.

Улучшенные эксплуатационные свойства и меньшая масса дорожного сборного полотна, возведенного на непрерывных подложках в виде жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос с непрерывным стыковочным ребром таврового профиля, уложенных в опорных зонах плит и бетонных отбойников, соединенных с водоотводными лотками, 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.

Дорожное сборное полотно в виде сборного покрытия с отбойниками на непрерывных жестко-упругих сотовых поликарбонатных полосах с непрерывным стыковочным ребром таврового профиля опробовано в виде комбинированной модели и испытано в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ и показало повышенные эксплуатационные характеристики, а также возможность его реализации в реальных условиях строительства.

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к сборно-разборным покрытиям автомобильных дорог. Технический результат - повышение устойчивости дорожного плитного покрытия. Сборное дорожное полотно состоит из дорожных плит, уложенных на подкладки, с заполнением промежутка между ними песком или песчано-гравийной смеси заподлицо с поверхностями подкладок. Посередине и по краю обочины дорожного полотна установлены бетонные отбойники, между которыми уложены дорожные плиты, длина которых равна длине бетонных отбойников, на подкладки, выполненные в виде непрерывных на всю ширину насыпи жестко-упругих сотовых поликарбонатных полос. На их верхней стороне выполнено одно непрерывное стыковочное ребро таврового профиля, проходящее посередине полосы на всю длину в стыке плит и бетонных отбойников. На бетонных отбойниках, установленных по краю обочины дорожного полотна, могут быть размещены светильники. Водоотводные лотки, уложенные в откосах насыпи дороги, соединены со сквозными пазами в основании бетонных отбойников, установленных по краю обочины дорожного полотна. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Дорожное сборное полотно, состоящее из дорожных плит, уложенных на расположенные на насыпи подкладки, промежутки между которыми заполнены песком или песчано-гравийной смесью заподлицо с поверхностями подкладок, с последующим устройством по ним сборного железобетонного дорожного покрытия, выполненных в виде жестко-упругих полос, отличающееся тем, что посередине и по краям обочины дорожного полотна установлены бетонные отбойники, между которыми уложены дорожные плиты, длина которых равна длине бетонных отбойников, а подкладки выполнены в виде непрерывных на всю ширину насыпи жестко-упругих полос сотового поликарбоната, на внешней стороне каждой полосы по ее середине на всю длину выполнено одно непрерывное стыковочное ребро таврового профиля, при этом дорожные плиты и бетонные отбойники расположены встык со стыковочным ребром.

2. Дорожное сборное полотно по п. 1, отличающееся тем, что на бетонных отбойниках установлены светильники.

3. Дорожное сборное полотно по п. 1, отличающееся тем, что в основании бетонных отбойников выполнены сквозные пазы, соединенные с уложенными в откосах насыпи водоотводными лотками.