Способ устройства основания при возведении термостойкого дорожного полотна на вечномерзлых грунтах и теплоизоляционная плита основания
Владельцы патента RU 2777801:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Группа изобретений относится к основаниям и фундаментам, а именно к улучшению теплотехнических свойств грунта под основаниями земляных транспортных магистралей в зоне вечной мерзлоты. Технический результат, достигаемый при реализации группового изобретения, заключается в создании модульного теплоизоляционного слоя в основании термостойкого дорожного полотна, возводимого в зоне вечной мерзлоты, с обеспечением стабилизации вечномерзлого грунта под основанием за счет циркуляции и аккумулирования холодного атмосферного воздуха в модульном теплоизоляционном слое дорожного полотна. Способ устройства основания при возведении термостойкого дорожного полотна на вечномерзлых грунтах заключается в том, что в основании на подстилающем грунте создают модульный теплоизоляционный слой из полых теплоизоляционных плит заводского изготовления и обеспечивают в модульном теплоизоляционном слое циркуляцию и аккумулирование холодного атмосферного воздуха, который используют в качестве охладителя для стабилизации вечномерзлого грунта под дорожным полотном. Теплоизоляционная плита основания выполнена сборной, содержащей соединенные между собой верхнюю и нижнюю пластмассовые плиты с цилиндрическими выступами, равномерно и соосно расположенными по площади плиты, которые состыкованы торцами и объединены элементами жесткости, причем по периметру выступы объединены замкнутыми ребрами жесткости призматической формы, образующими наружные боковые поверхности плиты и полое пространство внутри плиты между состыкованными цилиндрическими выступами, которые объединены трубками, при этом ребра жесткости по центру боковых поверхностей плиты содержат сквозные отверстия под соединительные трубки, используемые при монтаже модульного теплоизоляционного слоя в основании дорожного полотна, причем одним концом сообщающиеся с полым пространством плиты, а другим концом сообщающиеся или с полым пространством смежной плиты, или с наружным атмосферным воздухом, заполняющим полость теплоизоляционной плиты, в нижней части которой выполнены сквозные отверстия для обеспечения доступа холодного воздуха к подстилающему грунту дорожного полотна. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Группа изобретений относится к основаниям и фундаментам, а именно к улучшению теплотехнических свойств грунта под основаниями земляных транспортных магистралей в зоне вечной мерзлоты.
В настоящее время проблематика прокладки транспортных магистралей в зоне вечной мерзлоты является актуальной, так как значительные запасы разведанной нефти и каменного угля на территории Российской Федерации находятся в зоне вечной мерзлоты, а использование типовой конструкции земляного полотна на вечномерзлых грунтах вызывает оттаивание грунтов под основанием земляного полотна, вследствие чего образуются термокарсты.
Известна насыпь на мерзлых грунтах, включающая последовательно уложенные слои из теплоизоляции и высокольдистого грунта (Авт. свид. СССР №841418 А1, дата приоритета 14.12.1979, дата публикации 23.02.0991, авторы: А.С. Плотский и др., SU).
Недостатком данного аналога является то, что конструкция насыпи не позволяет поддерживать необходимое температурное состояние грунта. При этом она возводится, в основном, в зимнее время, и, кроме того, на процесс строительства влияют погодные условия (снег, дождь), что приводит к снижению качества возводимой насыпи и резкому удлинению сроков строительства, снижая, тем самым, эффективность использования такой конструкции насыпи.
В качестве прототипа принят способ устройства основания для верхнего строения пути на вечномерзлых грунтах, в котором основание для верхнего строения пути выполняют в виде плиты из полимерных материалов, внутри которой размещают трубки с хладагентом, снаружи плита из полимерных материалов снабжена вдоль длинных сторон бортиками высотой 0,4-0,6 м с дренажными отверстиями по всей длине бортика, которые защищены геотекстилем, а поверхность плиты из полимерных материалов между бортиками выполнена ребристой (Патент РФ №2687723 С1, дата приоритета 10.07.2018, дата публикации 15.05.2019, авторы: Скутина О.Л. и др., RU, прототип).
Недостатками прототипа является то, что в основании применяется искусственный хладагент, а не естественный холод окружающей атмосферы в зимний период времени, а также сложность изготовления и использования основания в виде объемной пластмассовой плиты с ограниченной шириной.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание модульного теплоизоляционного слоя в основании с функцией аккумулирования холодного атмосферного воздуха при возведении на вечномерзлых грунтах термостойкого дорожного полотна, обеспечивающего стабилизацию вечномерзлого грунта под основанием земляной транспортной магистрали в зоне вечной мерзлоты, а также упрощение технологии возведения.
Для решения технической проблемы и достижения технического результата предложен способ устройства основания при возведении термостойкого дорожного полотна на вечномерзлых грунтах, включающий использование в основании пластмассовой плиты заводского изготовления с циркулирующим в ней охладителем, воздействующим на грунт и предназначенным для стабилизации вечномерзлого грунта под дорожным полотном. Новым является то, что в основании на подстилающем грунте создают модульный теплоизоляционный слой из полых теплоизоляционных плит заводского изготовления и обеспечивают в модульном теплоизоляционном слое циркуляцию и аккумулирование холодного атмосферного воздуха, который используют в качестве охладителя. При этом полые теплоизоляционные плиты снабжены элементами жесткости, равномерно расположенными внутри по площади плиты и по ее периметру, для восприятия динамических нагрузок и образования между элементами жесткости пустот для заполнения их холодным атмосферным воздухом, а в нижней части теплоизоляционные плиты снабжены сквозными отверстиями, сообщающимися с пустотным пространством плиты для охлаждения подстилающего грунта холодным воздухом. По периметру полые теплоизоляционные плиты снабжены ребрами жесткости с выполненными в них отверстиями под соединительные трубки, которые используют при монтаже модульного теплоизоляционного слоя для соединения при стыковке смежных теплоизоляционных плит и их полых пространств в продольном и поперечном направлениях, а в крайних плитах теплоизоляционного слоя снаружи устанавливают соединительные трубки, сообщающиеся внутренним концом с полостью плиты, а наружным концом с атмосферным воздухом, при этом наружный конец соединительной трубки, предназначенный для сообщения с атмосферным воздухом, выполнен с резьбой и снабжен заглушкой, которую устанавливают на резьбовом соединении и используют в теплое время года для аккумулирования в плитах холодного воздуха и осуществления термоизоляции подстилающего слоя и вечномерзлого грунта.
Для решения технической проблемы и достижения технического результата предложена теплоизоляционная плита основания с циркулирующим в ней охладителем, предназначенным для стабилизации вечномерзлого грунта под дорожным полотном, Новым является то, что теплоизоляционная плита основания выполнена с закрытой полостью заводской готовности с функцией аккумулирования в полости холодного атмосферного воздуха в качестве охладителя и с возможностью создания модульного теплоизоляционного слоя в основании при возведении на вечномерзлых грунтах термостойкого дорожного полотна с циркулирующим в теплоизоляционном слое указанным охладителем. При этом теплоизоляционная плита основания выполнена сборной, содержащей соединенные между собой верхнюю и нижнюю пластмассовые плиты с цилиндрическими выступами, равномерно и соосно расположенными по площади плиты, которые состыкованы торцами и объединены элементами жесткости, причем по периметру выступы объединены замкнутыми ребрами жесткости призматической формы, образующими наружные боковые поверхности плиты и полое пространство внутри плиты между состыкованными цилиндрическими выступами, которые объединены трубками. При этом ребра жесткости по центру боковых поверхностей плиты содержат сквозные отверстия под соединительные трубки, используемые при монтаже модульного теплоизоляционного слоя в основании дорожного полотна, причем одним концом сообщающиеся с полым пространством плиты, а другим концом сообщающиеся или с полым пространством смежной плиты, или с наружным атмосферным воздухом, заполняющим полость теплоизоляционной плиты, в нижней части которой выполнены сквозные отверстия для обеспечения доступа холодного воздуха к подстилающему грунту дорожного полотна.
Согласно изобретению, все соединения в теплоизоляционной плите основания выполнены клеевыми.
Согласно изобретению, наружный конец соединительной трубки, предназначенный для сообщения с наружным атмосферным воздухом, выполнен с резьбой и снабжен заглушкой с резьбовым соединением.
Согласно изобретению, ребра жесткости и трубки, объединяющие выступы в верхней и нижней пластмассовых плитах, выполнены металлическими.
На фиг. 1 схематично изображена теплоизоляционная плита основания в рабочем положении при создании модульного теплоизоляционного слоя, вид сверху.
На фиг. 2 изображен разрез А-А на фиг. 1
На фиг. 3 изображен разрез Б-Б на фиг. 1
На фиг. 4 изображен разрез В-В на фиг. 2 и фиг. 3
На фиг. 5 схематично изображено дорожное полотно, поперечный разрез.
На чертежах приведены следующие обозначения:
1 - верхняя плита из полимерных материалов, рабочее положение в сборе;
2 - цилиндрические выступы верхней плиты 1;
3 - нижняя плита из полимерных материалов, рабочее положение в сборе;
4 - цилиндрические выступы нижней плиты 3;
5 - цилиндрические трубки для соединения цилиндрических выступов 2 и 4;
6 - сквозные отверстиями в теле нижней плиты 3 для охлаждения подстилающего грунта 12;
7 - ребра жесткости призматической формы, для объединения плит 1 и 3 по периметру;
8 - сквозное отверстие в центре боковых поверхностей вдоль длинных сторон ребра жесткости 7;
9 - соединительная трубка с резьбой на одном конце;
10 - заглушка с резьбой;
11 - соединительная трубка без резьбы;
12 - подстилающий грунт;
13 - теплоизоляционная плита основания в составе модульного теплоизоляционного слоя, рабочее положение.
Заявленная теплоизоляционная плита основания предназначена для осуществления способа устройства основания при возведении термостойкого дорожного полотна на вечномерзлых грунтах, по которому в основании на подстилающем грунте 12 создают модульный теплоизоляционный слой из полых теплоизоляционных плит 13 заводского изготовления и обеспечивают в модульном теплоизоляционном слое циркуляцию и аккумулирование холодного атмосферного воздуха, который используют в качестве охладителя, воздействующего на грунт и предназначенного для стабилизации вечномерзлого грунта под дорожным полотном.
Для осуществления указанного способа теплоизоляционная плита основания 13 выполнена с закрытой полостью заводской готовности с функцией аккумулирования в полости холодного атмосферного воздуха в качестве охладителя и с возможностью создания модульного теплоизоляционного слоя в основании при возведении на вечномерзлых грунтах термостойкого дорожного полотна с циркулирующим в теплоизоляционном слое указанным охладителем. При этом теплоизоляционная плита основания 13 выполнена сборной, содержащей соединенные между собой верхнюю 1 и нижнюю 3 пластмассовые плиты с цилиндрическими выступами 2, равномерно и соосно расположенными по площади плиты, которые состыкованы торцами и объединены элементами жесткости 5 и 7 с использованием клеевого соединения. По периметру теплоизоляционной плиты 13 цилиндрические выступы 2 объединены замкнутыми ребрами жесткости 7 призматической формы, образующими наружные боковые поверхности теплоизоляционной плиты 13 и полое пространство внутри плиты между состыкованными цилиндрическими выступами 2, которые объединены трубками 5. Ребра жесткости 7 по центру боковых поверхностей плиты содержат сквозные отверстия
8 под соединительные трубки 11 и 9, используемые при монтаже модульного теплоизоляционного слоя в основании дорожного полотна, причем одним концом сообщающиеся с полым пространством плиты, а другим концом сообщающиеся или с полым пространством смежной плиты, или с наружным атмосферным воздухом, заполняющим полое пространство теплоизоляционной плиты 13, в нижней пластмассовой плите 3 которой выполнены сквозные отверстия 6 для обеспечения доступа холодного воздуха к подстилающему грунту 12 дорожного полотна. Трубки 9, сообщающиеся наружным атмосферным воздухом, снабжены снаружи резьбовым концом с заглушкой 10.
Предварительно собранную в заводских условиях теплоизоляционную плиту основания укладывают на подстилающий грунт 12 в основании дорожного полотна таким образом, чтобы сквозные отверстия 6 в нижней плите 3 соприкасались с подстилающим слоем грунта 12. Затем в сквозные отверстия 8 ребер жесткости 7 в центре боковых поверхностей плиты на клеевом соединении устанавливают соединительные трубки 11 и 9 для обеспечения жесткого соединения смежных теплоизоляционных плит 13 между собой и циркуляции атмосферного воздуха в зимний период времени, после чего соединительная трубка 9 с резьбовым концом закрывается заглушкой 10 в летний период и открывается в зимний.
Технический результат, достигаемый при реализации группового изобретения, заключается в создании модульного теплоизоляционного слоя в основании термостойкого дорожного полотна, возводимого в зоне вечной мерзлоты, с обеспечением стабилизации вечномерзлого грунта под основанием за счет циркуляции и аккумулирования холодного атмосферного воздуха в модульном теплоизоляционном слое дорожного полотна.
1. Способ устройства основания при возведении термостойкого дорожного полотна на вечномерзлых грунтах, включающий использование в основании пластмассовой плиты заводского изготовления с циркулирующим в ней охладителем, воздействующим на грунт и предназначенным для стабилизации вечномерзлого грунта под дорожным полотном, отличающийся тем, что в основании на подстилающем грунте создают модульный теплоизоляционный слой из полых теплоизоляционных плит заводского изготовления и обеспечивают в модульном теплоизоляционном слое циркуляцию и аккумулирование холодного атмосферного воздуха, который используют в качестве охладителя, при этом полые теплоизоляционные плиты снабжены элементами жесткости, равномерно расположенными внутри по площади плиты и по ее периметру, для восприятия динамических нагрузок и образования между элементами жесткости пустот для заполнения их холодным атмосферным воздухом, а в нижней части теплоизоляционные плиты снабжены сквозными отверстиями, сообщающимися с пустотным пространством плиты для охлаждения подстилающего грунта холодным воздухом, по периметру полые теплоизоляционные плиты снабжены ребрами жесткости с выполненными в них отверстиями под соединительные трубки, которые используют при монтаже модульного теплоизоляционного слоя для соединения при стыковке смежных теплоизоляционных плит и их полых пространств в продольном и поперечном направлениях, а в крайних плитах теплоизоляционного слоя снаружи устанавливают соединительные трубки, сообщающиеся внутренним концом с полостью плиты, а наружным концом с атмосферным воздухом, при этом наружный конец соединительной трубки, предназначенный для сообщения с атмосферным воздухом, выполнен с резьбой и снабжен заглушкой, которую устанавливают на резьбовом соединении и используют в теплое время года для аккумулирования в плитах холодного воздуха и осуществления термоизоляции подстилающего слоя и вечномерзлого грунта.
2. Теплоизоляционная плита основания с циркулирующим в ней охладителем, предназначенным для стабилизации вечномерзлого грунта под дорожным полотном, отличающаяся тем, что выполнена с закрытой полостью заводской готовности с функцией аккумулирования в полости холодного атмосферного воздуха в качестве охладителя и с возможностью создания модульного теплоизоляционного слоя в основании при возведении на вечномерзлых грунтах термостойкого дорожного полотна с циркулирующим в теплоизоляционном слое указанным охладителем, при этом теплоизоляционная плита основания выполнена сборной, содержащей соединенные между собой верхнюю и нижнюю пластмассовые плиты с цилиндрическими выступами, равномерно и соосно расположенными по площади плиты, которые состыкованы торцами и объединены элементами жесткости, причем по периметру выступы объединены замкнутыми ребрами жесткости призматической формы, образующими наружные боковые поверхности плиты и полое пространство внутри плиты между состыкованными цилиндрическими выступами, которые объединены трубками, при этом ребра жесткости по центру боковых поверхностей плиты содержат сквозные отверстия под соединительные трубки, используемые при монтаже модульного теплоизоляционного слоя в основании дорожного полотна, причем одним концом сообщающиеся с полым пространством плиты, а другим концом сообщающиеся или с полым пространством смежной плиты, или с наружным атмосферным воздухом, заполняющим полость теплоизоляционной плиты, в нижней части которой выполнены сквозные отверстия для обеспечения доступа холодного воздуха к подстилающему грунту дорожного полотна.
3. Теплоизоляционная плита основания по п. 2, отличающаяся тем, что все соединения в теплоизоляционной плите основания выполнены клеевыми.
4. Теплоизоляционная плита основания по п. 2, отличающаяся тем, что наружный конец соединительной трубки, предназначенный для сообщения с наружным атмосферным воздухом, выполнен с резьбой и снабжен заглушкой с резьбовым соединением.
5. Теплоизоляционная плита основания по п. 2, отличающаяся тем, что ребра жесткости и трубки, объединяющие выступы в верхней и нижней пластмассовых плитах, выполнены металлическими.
