Конструкция дорожного основания

Изобретение относится к области транспортного строительства и может быть использовано при устройстве автомобильных дорог и аэродромов. Технический результат: повышение несущей способности и долговечности конструкции дорожной одежды в сложных условиях эксплуатации. Конструкция дорожного основания включает уплотненный грунт, размещенный в оболочке из грунта, укрепленного вяжущим. В качестве уплотненного грунта она содержит зернистый материал, а оболочка выполнена путем укрепления этого зернистого материала вдавленной твердеющей композицией с коэффициентом теплопроводности меньшим коэффициента теплопроводности зернистого материала, при этом где H₁ - толщина верхнего слоя оболочки, см; Н₂ - толщина слоя из неукрепленного зернистого материала, см; Н₃ - толщина нижнего слоя оболочки, см; D - максимальный размер наибольшего зерна зернистого материала. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области транспортного строительства и может быть использовано при устройстве автомобильных дорог и аэродромов.

Известна дорожная конструкция, в которой конструктивный слой выполнен в виде гибкой обоймы из полиэтиленовой пленки с размещенным в ней грунтом (Гречищев С.Е., Казарновский В.Д., Пшеничникова Е.С. Проблемы использования мерзло-комковатых грунтов, сохраняемых в мерзлом состоянии в насыпях в зоне вечной мерзлоты // Проектирование, строительство, эксплуатация автомобильных дорог и аэродромов. - М., 2001. - (Тр/СоюздорНИИ; Вып.200).

Недостатком конструктивного слоя является его низкая несущая способность, которая из-за недостаточной прочности обоймы не может предотвратить образования и развития остаточных деформаций в грунте от воздействия транспортных нагрузок.

Кроме этого, гибкая обойма из полиэтиленовой пленки, вследствие ее старения, не может обеспечить долговременной работы конструктивного слоя.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является конструкция дорожного основания, включающая уплотненный грунт, размещенный в оболочке из грунта, укрепленного вяжущим (Авторское свидетельство СССР №601343. «Основание дорожного и аэродромного покрытия». Кл. Е01С 3/04, 25.04.78 г.).

Указанной конструкции свойственны те же недостатки, что и предыдущему конструктивному слою, а именно недостаточная несущая способность и долговечность.

Так, в случае применения в качестве материала оболочки грунта, укрепленного органическим вяжущим, несущая способность конструкции не может быть обеспечена из-за несоответствия свойств укрепленного грунта условиям эксплуатации.

Как известно, при повышенной положительной температуре воздуха и воздействии подвижной нагрузки грунт, укрепленный органическим вяжущим, резко (в несколько раз) снижает свою прочность и подвергается необратимому пластическому деформированию, что соответственно снижает несущую способность конструкции.

При отрицательной температуре воздуха грунтам, укрепленным органическим вяжущим, характерно хрупкое деформирование с образованием трещин, что вызывает нарушение гидроизоляционных функций оболочки и, как следствие, приводит к снижению несущей способности размещенного в ней уплотненного грунта в результате его дополнительного увлажнения.

Кроме этого, наличие в уплотненном грунте «оптимальной влажности» не предотвращает его от объемного деформирования при промерзании слоя даже без нарушения гидроизоляционных функций оболочки.

В случае применения в качестве материала оболочки грунта, укрепленного минеральным вяжущим, недостаточная несущая способность и долговечность конструкции обусловлена неспособностью укрепленного грунта из-за его низкой прочности на растяжение при изгибе (до 1 МПа) и низкой трещиностойкости, выполнять гидроизоляционные функции.

Наконец, к недостаткам конструкции, независимо от вида укрепленного грунта оболочки, относится дискретная работа слоев конструкции, предусмотренных из материалов с различными теплофизическими свойствами, что в условиях эксплуатации конструкции способствует образованию дополнительных напряжений, из-за наличия температурно-влажностного градиента, по толщине, приводящих к снижению несущей способности и долговечности конструкции.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении несущей способности и долговечности конструкции дорожной одежды в сложных условиях эксплуатации.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что конструкция дорожного основания, включающая уплотненный грунт, размещенный в оболочке из грунта, укрепленного вяжущим, в качестве уплотненного грунта содержит зернистый материал, а оболочка выполнена путем укрепления этого зернистого материала вдавленной твердеющей композицией с коэффициентом теплопроводности, меньшим коэффициента теплопроводности зернистого материала, при этом

где H₁ - толщина верхнего слоя оболочки, см;

Н₂ - толщина слоя из неукрепленного зернистого материала см;

Н₃ - толщина нижнего слоя оболочки, см;

D - максимальный размер наибольшего зерна зернистого материала, см.

На чертеже в поперечном разрезе представлена предлагаемая конструкция дорожного основания:

1 - земляное полотно;

2 - нижний слой оболочки дорожного основания из зернистого материала, укрепленного твердеющей композицией;

3 - слой дорожного основания из уплотненного зернистого материала, не укрепленного твердеющей композицией;

4 - верхний слой оболочки дорожного основания из зернистого материала, укрепленного твердеющей композицией;

H₁ - толщина верхнего слоя оболочки, см;

Н₂ - толщина слоя из неукрепленного зернистого материала, см;

Н₃ - толщина нижнего слоя оболочки, см.

Наличие в конструкции основания дорожной одежды зернистого материала обеспечивает при его уплотнении создание слоя с содержанием пустотности, которая в замкнутом оболочкой объеме выполняет теплозащитные функции, направленные на уменьшение глубины промерзания нижележащих слоев и, таким образом, способствующие повышению несущей способности конструкции за счет снижения величины морозного пучения.

Оболочка зернистого материала, укрепленного по контуру слоя твердеющей композицией путем ее вдавливания, повышает несущую способность конструкции за счет взаимного заанкеривания в объеме оболочки зернистого материала и твердеющей композиции и фиксирования уплотненного зернистого материала, размещенного внутри оболочки. В результате объемного обжатия создаются условия, ограничивающие деформирование зернистого материала под воздействием эксплуатационных нагрузок, что обеспечивает повышение несущей способности и сдвигоустойчивости конструкции.

Применение твердеющей композиции с коэффициентом теплопроводности, меньшим коэффициента теплопроводности зернистого материала, обеспечивает повышение долговечности конструкции дорожного основания благодаря уменьшению температурного градиента, а следовательно, и температурных напряжений в оболочке и зернистом материале.

Наличие прослойки из зернистого материала предотвращает трещинообразование в слоях оболочки и в конструктивных слоях покрытия.

Зависимость характеризующая параметры конструкции дорожного основания, обеспечивает наличие между верхним и нижним слоями оболочки прослойки из зернистого материала и тем самым предотвращает образование в оболочке температурных трещин, связанных с различной величиной коэффициентов температурного линейного расширения (КЛТР) укрепленного материала оболочки и неукрепленного зернистого материала прослойки. При этом толщина прослойки из зернистого материала, равная или превышающая максимальный размер ее наибольшего зерна, гарантирует наличие между верхним и нижним слоями оболочки дискретной прослойки, выполняющей функции своеобразных подвижных катков (роликов), что и обеспечивает независимое температурное деформирование слоев дорожного основания, а следовательно, и трещиностойкость конструкции в целом.

В качестве твердеющей композиции для заанкеривания и фиксирования зернистого материала в объеме оболочки может быть использован, например, белитовый шлам, обладающий не только высокой прочностью, но и «заанкеривающей» способностью - набору прочности при сжатии сразу же после уплотнения до 1,2 МПа и низким коэффициентом теплопроводности (0,6-0,7) Вт (м.к.).

В качестве зернистого материала в конструкции дорожного основания может быть использована, например, гравийно-песчаная смесь, состоящая из скатанных зерен, отличающаяся наименьшими сдвиговыми характеристиками, обеспечивающими подвижность зернистой прослойки в период температурного деформирования слоев.

Предлагаемую конструкцию дорожного основания устраивают в следующей технологической последовательности.

По поверхности готового земляного полотна (1) на заданную ширину основания распределяют и уплотняют слой зернистого материала, по которому сначала в заданном количестве распределяют твердеющую композицию, а затем по известной технологии при помощи кулачкового или вибрационного катка вдавливают ее в зернистый материал и уплотняют круговыми проходами катка «от краев к середине», обеспечивая тем самым заанкерирование зернистого материала твердеющей композицией в объеме нижнего слоя оболочки (2). Для устройства зернистой прослойки (3) основания зернистый материал распределяют на поверхности нижнего слоя оболочки с засыпкой его боковой откосной части твердеющей композицией и последующего вдавливания ее в зернистый материал посредством круговых проходов кулачкового или вибрационного катка от краев к середине дорожного основания. Верхний слой оболочки (4) основания устраивают путем распределения по поверхности уплотненного слоя зернистого материала твердеющей композиции и последующего ее вдавливания и уплотнения катками. Строительство дорожного покрытия (5) осуществляют по известной технологии.

1. Конструкция дорожного основания, включающая уплотненный грунт, размещенный в оболочке из грунта, укрепленного вяжущим, отличающаяся тем, что она в качестве уплотненного грунта содержит зернистый материал, а оболочка выполнена путем укрепления этого зернистого материала вдавленной твердеющей композицией с коэффициентом теплопроводности, меньшим коэффициента теплопроводности зернистого материала, при этом где H₁ - толщина верхнего слоя оболочки, см; Н₂ - толщина слоя из неукрепленного зернистого материала, см; Н₃ - толщина нижнего слоя оболочки, см; D - максимальный размер наибольшего зерна зернистого материала, см.

2. Конструкция дорожного основания по п.1, отличающаяся тем, что в качестве твердеющей композиции содержит белитовый шлам - отход производства глинозема.

3. Конструкция дорожного основания по п.1, отличающаяся тем, что в качестве зернистого материала содержит гравийно-песчаную смесь.