Автомобильная дорога Советский патент 1992 года по МПК E01C3/06 

Изобретение относится к области строительства автомобильных дорог, в частности к сооружению автомобильных дорог в районах глубокого сезонного промерзания грунтов на участках с неблагоприятными грунтово-гидрологическими условиями.

Известна конструкция автомобильной дороги, включающая дорожную одежду, насыпь из минерального грунта и теплоизолирующий слой в основании насыпи,

Недостатком данного технического решения является недостаточная несущая способность конструкции, что обусловлено зимним влагонакоплением в верхней части земляного полотна, затруднением глубиной инфильтрации влаги весной и длительным просыханием грунта в рабочем слое (выше теплоизолирующего).

Наиболее близкой к предлагаемой является автомобильная дорога, включающая дорожную одежду, насыпь из минерального

грунта и теплоизолирующий слой в составе дорожной одежды, выполненный из поли- стирольных. поливинилхлоридных, поли- уретановых и т.п. плит.

Недостатком прототипа является низкая несущая способность конструкции авто- мобильной дороги, что обусловлено следующими факторами:

-теплоизолирующий слой задерживает ход промерзания грунта в пределах ширины дорожной одежды, что приводит к длительному и значительному зимнему влагонакоп- лению и избыточному увлажнению грунта в рабочем (активном) слое земляного полотна;

- теплоизолирующий слой, расположенный в нижней части дорожной одежды, не выполняет зимой роль пароизоляции и капилляропрерывателя для земляного полотна, т.е. не предохраняет рабочий слой от чрезмерного увлажнения от уровня грунтовых вод;

(Л

С

ч xj

О

ел

- в теплый период года из-за наличия теплоизолирующего слоя грунт под дорожной одеждой оттаивает медленнее, чем пределах откосных частей и под обочинами, что обуславливает дополнительное увлажнение грунта в рабочем слое за счет влагоперено- са от более теплых (талых) слоев грунта под обочинами к более холодном (мерзлым) слоем под дорожной одеждо ; это приводит к повышению увлажнений и - снижению пес- ной прочности грунта до 0% в пределах рабочего слоя,-

Целью изобретения является повышение несущей способности за счет обеспечения морозоустойчивости зимой и осушения грунта насыпи в рабочем слое весной.

Указанная цель достигается тем, что в автомобильной дороге, включающей дорожную одежду, насыпь из минерального грунта и теплоизолирующий слой, последний расположен по ширине насыпи в двух уровнях, причем в основании насыпи на глубине, равной критической глубине промерзания грунта насыпи и ширину равную ширине покрытия и непосредственно под дорожной одеждой на ширину обочин.

В предлагаемом техническом решении при расположении теплоизолирующего слоя под дорожной одеждой на глубине (считая от поверхности покрытия), равной критической глубине промерзания грунта, слагающего насыпь, давление от веса промерзших слоев практически прекращает дальнейшее неравномерное пучение при возможном продолжении общего пучения грунта. Создается оптимальный водно-тепловой режим дорожной конструкции, расположенной выше теплоизолирующего слоя, в зимний период, т.е. обеспечивается быстрое промерзание конструкции без дополни- тельного зимнего влагонакопления в рабочем слое грунта от уровня грунтовых вод, повышается морозоустойчивость.

По данным наблюдений, критическая глубина промерзания, при которой неравномерный изгиб покрытия при пучении грунта прекращается, составляет для супесчаных и мелкопесчаных грунтов 0,8 ... 0.9 м, для пылевато-суглинисть х и пылесато-су- песчэных грунтов- 1.1 ... 1,3 м, для суглинистых - 1,4 м и для глин -1.5 ... 1,6 м.

Как видно, критическая глубина промерзания для различных грунтов (от 0,8 до 1,6 м) меньше рекомендуемого СНиП 2.05.02-85 минимального возвышения бровки насыпи над уровнем грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод (для указанных грунтов - от 1,5 до 2,4 м), т.е. можно снизить высоту насыпи на участках второго и третьего типов местности, назначая ее не по СНиП 2.05.02-05, а принимая равной критической глубине промерзания грунта, слагающего насыпь, что позволит снизить стоимость строительства земляного полотна.

В предлагаемом техническом решении теплоизолирующие слои под обочинами располагаются на уровне низа дорожной одежды, что обуславливает разную скорость

0 оттаивания грунта по ширине одежды. Запаздывание оттаивания грунта под обочинами позволяет миграцию влаги направить от центра насыпи к обочинам, т.е. обеспечить быстрое оттаивание дорожной конст5 рукции весной в пределах ширины дорожной одежды, осушение ее и повышение прочностных характеристик грунта в активной зоне.

Признаки, отличающие заявляемое тех0 ническое решение от прототипа, в других технических решениях не выявлены при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критериям

5 Существенные отличил и Новизна.

На фиг, 1 изображен поперечный разрез автомобильной дороги; на фиг. 2 и 3 - состояние автомобильной дороги соответственно в зимний и летний периоды года.

0 Автомобильная дорога включает дорожную одежду 1, насыпь из минерального грунта 2. отсыпанную на естественное грунтовое основание 3, на котором в пределах ширины дорожной одежды 1 уложен тепло5 изолирующий слой 4; под обочинами теплоизолирующие слои 5 размещены на уровне низа дорожной одежды 1 сразу под дренирующим слоем 6. Грунты основания 3 ниже уровня грунтовых водУГВ (линия 7) находит0 ся в обводненном состоянии, а выше УГВ - избыточно увлажнены за счет капиллярного поднятия воды. Насыпь из минерального грунта 1 в отдельные (расчетные) периоды годэ (см. фиг. 2 и 3) включает талые 8 и

5 мерзлые 9 слои грунта. На фиг. 1-3: В - ширина насыпи поверху; b и hAO - ширина и толщина дорожной одежды; h - высота насыпи; m - коэффициент заложения откосов насыпи; ZKp - критическая глубина промер0 зания конструкции; hW3 и Ьиз - соответственно толщины теплоизолирующих слоев под дорожной одеждой и под обочинами.

Толщина теплоизолирующего слоя по ширине насыпи определяется теплотехни5 ческим расчетом с учетом решаемых задач: - под дорожной одеждой теплоизолирующий слой должен ограничить глубину промерзания грунта и исключить зимнее влагонакопление в рабочем слое насыпи; толщина этого слоя может быть минимальной, но материал теплоизолирующего слоя должен обладать капилляропрерывающими свойствами, например, можно ограничиться укладкой одной или двух полос синтетического нетканого материала;

- под обочинами теплоизолирующий слой должен задерживать ход оттаивания грунта весной, чтобы увеличить продолжительность периода миграции влаги из талых слоев под дорожной одеждой.

Глубина расположения теплоизолирующего слоя под дорожной одеждой с учетом обеспечения конструкции определяется из условия:

(2ко-Г1до)Кп ,

где ZKp - критическая глубина лромерзанил грунта; см;

Пдо толщина дорожной одежды из стабильных материалов,рассчитанная на прочность, см;

Кп - коэффициент пучения грунта, слагающего насыпь, %:

доп допускаемое зимнее вспучивание покрытия, см.

Автомобильная дорога предлагаемой конструкции работает следующим образом. В зимний период (см, фиг. 2) дорожная конструкция в пределах ширины дорожной одежды быстро промерзает на критическую глубину до теплоизолирующего слоя 4, который, являясь одновременно пароизолято- ром и капилляропрерыпателем, предупреждает зимнее влагонакопление от уровня грунтопых вод в рабочем слое. Благодаря быстрому промерзанию грунта насыпи 2 на глубину (ZKp-hAO) и отсутствию дополнительного влагонакопление в этом слое величина неравномерного пучения не выйдет за пределы допустимой, что и обеспечит требуемую морозоустойчивость дорожной конструкции. Даже если толщина теплоизолирующего слоя 4 будет назначена из условия допущения промерзания грунтов основания 3, то и тогда будет возможно толькд общее пучение, а морозоустойчивость дорожной конструкции сохранится.

За счет неравномерного промерзания грунта по ширине дорожной конструкции возможна миграция влаги из основания 3, однако зоны миграции будет незначительны. Известно, что наибольшая зона (по ширине), в пределах которой возможна миграция влаги при неравномерном теплообмене, не превышает Зпиз, т.е. при Низ 15 см с каждой стороны теплоизолирующего слоя в основании насыпи зоны миграции влаги не будут превышать 0,5 м, что не окажет влияния на влагонакопление при общем охлаждении земляного полотна.

В весенний период (см. фиг. 3). благодаря размещению теплоизолирующего слоя 4

на глубине Zup, дорожная конструкция в пределах ширины дорожной одежды 1 быстро оттаивает и образуется талая зона 8. В это время, благодаря размещению близко от поверхности теплоизолирующих слоев 5

0 под обочинами, оттаивание грунта насыпи 2 под ними будет запаздывать и образуются мерзлые зоны 9. Граница раздела талой 8 и мерзлых 9 зон (граница фазовых превращений воды) будет постоянно опускаться вниз

5 до полного протаивания грунтов насыпи 2 и основания 3. При этом вследствие существования градиента потенциала тепла будет происходить миграция влаги от более теплых (талых) слоев 8 к более холодным (мерз0 лым) слоям 9, что обусловит дополнительное осушение и повышение прочностных характеристик грунта в расчетный для дорожной одежды период (весной) в пределах активной (несущей) части

5 конструкции. Дополнительное увлажнение грунта под обочинами и в откосных частях, которые не являются несущими элементами дороги, не отражается на общей прочности дороги; причем осушение

0 этих частей насыпи происходит достаточно быстро за счет испарения через откосы и инфильтрации в грунты основания.

Строительство автомобильной дороги предлагаемой конструкции осуществляют в

5 такой последовательности. После проведения подготовительных работ (очистка дорожной полосы, разбивочные работы) приступают к устройству теплоизолирующего слоя 4, например, из плиточного матери0 ала (пенопласты. полистиролы и т.п.) в основании насыпи в пределах ширины дорожной одежды. Затем по способу от себя отсыпают первый слой насыпи толщиной не менее 0,3 м в плотном теле. Последующие

5 слои насыпи возводят известными способами. Под обочинами теплоизолирующие слои 5 устраивают на спланированной поверхности насыпи и размещают на уровне низа дорожной одежды, придавая поперечный

0 уклон, равный уклону дорожной одежды. Затем устраивают дренирующий слой 6 на всю ширину насыпи и дорожную одежду 1 по известной технологии.

В результате использования предлагае5 мого технического решения по сравнению с прототипом обеспечивается требуемая морозоустойчивость дорожной конструкции, снижается влажность грунтов в рабочем слое в расчетный период(весной), что позволяет принимать более высокие прочностные

характеристики грунта при расчете дорожной конструкции на прочность и тем самым повысить несущую способность дорожной конструкции.

Формула изобретения Автомобильная дорога, включающая дорожную одежду, насыпь из минерального грунта и размещенный в ней теплоизолирующий слой, отличающаяся тем, что, с

целью повышения несущей способности путем обеспечения морозоустойчивости зимой и осушения грунта насыпи в рабочем слое весной, теплоизолирующий слой расположен по ширине насыпи в двух уровнях, причем в основании насыпи - на глубине, равной критической глубине промерзания грунта насыпи, и ширине, равной ширине покрытия, и непосредственно под дорожной одеждой - на ширине обочин.

Использование: строительство автомобильных дорог. Сущность изобретения: дорога включает дорожную одежду, насыпь из минерального грунта и размещенный в ней теплоизолирующий слой, причем последний расположен по ширине насыпи в двух уровнях: в основании насыпи на глубине, равной критической глубине промерзания грунта насыпи и ширину равную ширине покрытия; и непосредственно под дорожной одеждой на ширину обочин. 3 ил.

r

2

LL 4s

32l.

.Хт и ; .. I I I 1 1 Л.71.-.Tvrrr Vv

fffi Lffijn

Si

Л

Т шШШГО.

4 «a

ГПТПТШР

777 /77 777 777 /// ///$/

4

Б/2

1 1 Л.71.-.Tvrrr V

Л

Т шШШГО.

4 «a

/У/т // /// ,//

Фиг / Ј/2