Дорожная конструкция
Использование: в строительстве и реконструкции автомобильных дорог. Сущность изобретения: дорожная конструкция состоит из земляного полотна, дорожной одежды, обочин, вентиляционных каналов, водоотводящих выпусков и приточно-вытяжных камер. При этом вентиляционные каналы заполнены щебнем и расположены под обочинами. Кроме того, каналы выполнены с покрытием из асфальтобетона и снабжены теплоизолирующей прослойкой в виде обоймы, расположенной на уровне подстилающего слоя из песка, противозаиливающим слоем, который огибает нижнюю часть канала до обоймы. Этот слой может быть выполнен как замкнутым по периметру щебня, так и с открытой верхней частью. Под обоймой и на дне канала расположена пароизоляция. Приточно-вытяжные камеры расположены за пределами обочин и соединены с каналами в верхней их части. При необходимости приточно-вытяжные камеры могут быть снабжены вентиляторами. Водоотводящие выпуски выполнены в виде поглощающих колодцев или асбоцементных труб. При высоком уровне грунтовых вод дно каналов может быть снабжено дренажными трубами. 3 з. п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано как при реконструкции, так и при новом строительстве в сложных грунтово-гидрологических условиях или в стесненных местах строительства.
Известно выполнение земляного полотна с вентиляционными бермами при строительстве дорог в районах вечной мерзлоты, где вентиляция образуется за счет выполнения в горизонтальном слое берм вентиляционных воздушных каналов, выполненных из крупнообломочных грунтов, бетонных блоков или из грунтобетона [1] Недостатками этого решения являются большая материалоемкость конструкции и длительный срок стабилизации основания. Кроме того, данная конструкция направлена на сохранение температурного режима за счет использования положительного баланса отрицательных годовых температур. Наиболее близкой к предлагаемой является дорожная конструкция, решающая задачу уменьшения образования гололеда с одновременным отводом воды из основания земляного полотна. Под дорожной одеждой устраивают щели шириной 20-150 мм с заполнением их сыпучим каменным материалом, при этом дорожная конструкция снабжена патрубками, соединяющими нижние части щелей с вытяжными трубами. Патрубки можно использовать как дренажные трубы, а также как каналы для подачи теплого воздуха в щели [2] Эта конструкция имеет следующие недостатки: переувлажнение верха земляного полотна конденсатом, что приводит к пучинообразованию; слишком узкие щели для обеспечения конвекции воздуха не дают возможность теплому воздуху подниматься вверх, вследствие этого последний удаляется через патрубки и вытяжные трубы, а в щелях находится тяжелый холодный воздух, что приводит к низким эксплуатационным показателям конструкции в целом; невозможность использования данного решения при реконструкции существующих дорог. Технической задачей изобретения является стабилизация несущей способности существующих автомобильных дорог в течение всего года за счет создания оптимального водно-теплового режима земляного полотна и дорожной одежды. Для этого в известной дорожной конструкции, включающей земляное полотно, дорожную одежду с подстилающим слоем, обочины, вентиляционные каналы, заполненные щебнем и расположенные в теле земляного полотна вдоль оси дороги, и водоотводящие выпуски, вентиляционные каналы выполнены с покрытием из асфальтобетона и расположены под обочинами. При этом каналы снабжены теплоизолирующей прослойкой в виде обоймы, которая устраивается на уровне подстилающего слоя дорожной одежды, противозаиливающим слоем, который огибает нижнюю часть канала до обоймы, причем под обоймой и на дне канала расположена пароизоляция. Кроме того, дорожная конструкция дополнительно снабжена приточно-вытяжными камерами, расположенными за пределами обочин и соединенными с вентиляционными каналами в верхней их части. Водоотводящие выпуски выполнены в виде поглощающих колодцев или асбоцеменных труб. При высоком уровне грунтовых вод на дне каналов могут быть продольно расположены дренажные трубы, а противозаиливающий слой может устраиваться как замкнутым по периметру щебня, так и с открытой верхней частью и выполняться из песка или нетканого синтетического материала. Такое выполнение дорожной конструкции позволяет производить отвод паровой воды (как источника водонакопления) из рабочей зоны дороги, поддерживать положительную температуру в нижней части рабочей зоны для исключения возникновения пучин в наиболее водонасыщенной части зоны промерзания за счет подпитки естественным теплом земли. На фиг.1 и 2 показаны два возможных варианта выполнения дорожной конструкции; на фиг.3 колебание суточной температуры воздуха в летний период на поверхности дорожной одежды и по ее глубине с образованием в ней конденсата; на фиг.4 процесс осушения земляного полотна удалением влажного воздуха через вентиляционные каналы, где W влажность земляного полотна; tкан температура воздуха в канале; Ркан давление водяных паров в канале; tз.п. температура в земляном полотне; Рз.п. давление водяных паров в земляном полотне; на фиг.5 образование конденсата при понижении температуры земляного полотна. Дорожная конструкция состоит из существующего земляного полотна 1, дорожной одежды 2 с подстилающим слоем 3, обочин 4, водоотводящих выпусков в виде поглощающих колодцев 5 или асбоцементных труб 6, вентиляционных каналов 7, засыпанных щебнем 8, противозаиливающего слоя 9, пароизоляции 10, теплоизолирующей прослойки в виде обоймы 11, асфальтобетонного покрытия 12, расположенного непосредственно над каналами, приточно-вытяжных камер 13. Дорожная конструкция устраивается следующим образом. В теле земляного полотна под обочинами существующей автомобильной дороги в пониженных местах продольного профиля устраивают водоотводящие выпуски в виде поглощающих колодцев путем бурения скважин или асбоцементные трубы, которые укладывают в поперечном направлении к оси дороги. Затем непосредственно под обочинами нарезаются траншеи шириной не менее 0,5 м и на глубину не менее 1,5 м для размещения конструктивных частей вентиляционного канала. Непосредственно после этого производится устройство противозаиливающего слоя из нетканого синтетического материала или крупнозернистого песка, служащего для защиты канала от попадания в него пылеватых и глинистых частиц. Этот слой может выполняться как замкнутым по периметру, так и с открытой верхней частью. Затем укладывается пароизоляция в нижней части канала из рубероида, гидроизола, полиэтиленовой пленки, предназначенная для исключения подпитки канала снизу парами воды, которые поднимаются вверх вместе с теплым воздухом, при необходимости укладывается дренажная продольно расположенная труба для отвода грунтовых вод. Далее производится засыпка вентиляционного канала щебнем прочных пород фракции 40-70 мм до уровня низа песчаного подстилающего слоя, причем в случае применения в качестве противозаиливающего слоя песка укладка щебня производится одновременно с песком. После этого укладывается верхняя пароизоляция, служащая для исключения попадания водонасыщенного воздуха в верхнюю часть вентиляционного канала, что обеспечивает поддержание дорожной одежды в сухом состоянии в течение всего года и тем самым способствует улучшению теплоизоляционных свойств ее конструктивных элементов. По пароизоляции устраивают теплоизолирующую прослойку в виде замкнутой обоймы, заполненной материалами типа шлама, керамзита, пенопласта и обернутой нетканым синтетическим материалом. Прослойка предназначена для сохранения положительной температуры в нижней части канала за счет использования естественного тепла земли. После этого засыпают верхнюю часть вентиляционного канала щебнем прочных пород фракций 40-70 мм, который способствует удалению водонасыщенных паров, образующихся в дорожной одежде за счет перепада суточных температур, и тем самым осушая ее. Поверхность канала закрывается покрытием из плотной асфальтобетонной смеси толщиной 6 см. Данное покрытие предупреждает инфильтрацию поверхностных вод и обеспечивает достаточную герметичность вентиляционных каналов. Далее за пределами обочин устраивают приточно-вытяжные камеры, которые располагают в верховых и низовых местах по оси автомобильной дороги и соединяют с вентиляционными каналами в верхней их части. Приточно-вытяжные камеры служат для удаления переувлажненного воздуха из каналов за счет разности высоты их расположения летом и за счет разности температур воздуха в каналах и на поверхности земли в зимний период. При этом зимой используются только камеры, расположенные в верховых местах. Для улучшения удаления переувлажненного воздуха возможна установка в камерах вентиляторов. Процессы, происходящие в теле дорожной конструкции, объясняются следующим образом. Вследствие большой амплитуды колебаний температуры (фиг.3) на поверхности дорожного покрытия в летний период происходит подпитка водяными парами верхней части дорожной одежды в дневное время с образованием в ней конденсата 14 в ночные часы, который, опускаясь, переувлажняет верхнюю часть земляного полотна даже при отсутствии близкого расположения грунтовых вод. Особенно это опасно в предзимний период перед началом промерзания, что приводит к короблению дорожной одежды с ухудшением ровности покрытия. Для ликвидации отрицательных последствий переувлажнения верха земляного полотна служат вентиляционные каналы, которые уменьшают амплитуду колебаний температуры и служат для удаления водонасыщенных паров за счет разности их давлений (фиг.4) с предупреждением образования конденсата. При этом интенсивность смены воздуха в каналах определяется разностью расположения приточно-вытяжных камер по высоте и сезонности года. Так, при dP<0,t<t необходимо закрывать низовые камеры на зимний период и утеплять выход верховых. По мере промерзания дорожной одежды (фиг.5) под зоной 15 промерзания образуется зона перехода воды из парообразного состояния в жидкое, т.е. происходит снижение парового давления, что приводит к последующему его увеличению, и так до насыщения конденсатом пустот в теле земляного полотна, образованных ледообразованием предшествующих периодов. Для исключения отрицательных последствий переувлажнения земляного полотна в зимний период служат вентиляционные каналы, которые обеспечивают прием конденсата, насыщенного водяными парами воздуха, а также уменьшение глубины промерзания за счет использования тепла земли. Применение предлагаемой дорожной конструкции позволяет: в кратчайшие сроки восстановить высокие транспортно-эксплуатационные характеристики автомобильных дорог на длительный период времени; снизить последующие эксплуатационные затраты; увеличить несущую способность (модуля упругости) дорожной одежды, что обеспечивает пропуск автомобильного транспорта с большими нагрузками на ось, и исключить закрытие дорог в зимне-весенний период, производить капитальный ремонт и в случае необходимости уменьшить уровень загрузки автомобильной дороги со значительно меньшими затратами;снизить стоимость восстановления дорожного покрытия после устройства вентилируемой дорожной одежды по сравнению со стандартными методами (с учетом срока службы).
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5