дорожное полотно и способ его возведения

Формула изобретения

1. Дорожное полотно, расположенное на грунте и содержащее основание, водоотводные канавы, выполненные вдоль основания, расположенное на основании армирующее устройство и насыпь поверх армирующего устройства, отличающееся тем, что армирующее устройство содержит дренажные прорези, внутри которых размещена уплотненная песчано-гравиевая смесь и которые выполнены в основании грунта поперек дорожного полотна на глубину, превышающую высоту основания и достигающую уровня грунта, обладающего фильтрационными свойствами, и с расчетным шагом и шириной, определяемыми достижением консолидации грунтов в строительный период, а также содержит поверх дренажных прорезей армирующую прослойку, обеспечивающую фильтрацию жидкости во всех направлениях без изменения свойств армирующей прослойки при увеличении нагрузок на дорожное полотно, а на армирующей прослойке также размещена песчано-гравиевая смесь, уплотненная виброкатками.

2. Дорожное полотно по п.1, отличающееся тем, что расчетный шаг дренажных прорезей составляет от 4 до 6 м.

3. Дорожное полотно по п.1, отличающееся тем, что ширина дренажных прорезей составляет от 1 до 1,4 м.

4. Дорожное полотно по п.1, отличающееся тем, что армирующая прослойка выполнена из геотекстиля.

5. Дорожное полотно по п.1, отличающееся тем, что глубина дренажных прорезей составляет до 3,5...4 м.

6. Способ возведения дорожного полотна по п.1, отличающийся тем, что в армирующем устройстве выполняют дренажные прорези поперек дорожного полотна с расчетным шагом и шириной, определяемыми достижением консолидации грунтов в строительный период, и глубиной до уровня грунта, обладающего фильтрационными свойствами, засыпают дренажные прорези песчано-гравиевой смесью, уплотняют ее, располагают поверх дренажных прорезей армирующую прослойку, обеспечивающую фильтрацию жидкости во всех направлениях без изменения свойств армирующей прослойки при увеличении нагрузок на дорожное полотно, засыпают армирующую прослойку песчано-гравиевой смесью, которую уплотняют, а затем отсыпают насыпь слоями и каждый отсыпанный слой уплотняют виброуплотнением.

7. Способ возведения дорожного полотна по п.6, отличающийся тем, что при виброуплотнении проводят коррекцию технологической нагрузки для выбора оптимального режима уплотняющей нагрузки и расчетного коэффициента безопасности.

8. Способ возведения дорожного полотна по п.6, отличающийся тем, что толщина слоя отсыпки составляет от 0,4 до 0,6 м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к дорожному строительству, а точнее касается дорожного полотна и способа его возведения преимущественно на слабых грунтах.

Изобретение может быть использовано для сооружения железных и автомобильных дорог в сложных инженерно-геологических условиях, особенно в районах распространения переувлажненных глинистых грунтов, которые составляют слабое основание и практически редко используются для возведения дорожного полотна.

Известно автодорожное полотно, которое может быть использовано при возведении автомобильных дорог на слабых грунтах, включающее основание грунта, насыпь с армирующим элементом в виде разрезанных по середине протектора утилизированных покрышек, связанных между собой канатами. В основании полотна покрышки уложены плоскостью реза кверху с убывающим диаметром в стороны от центра полотна к краям, а в откосах насыпи - плоскостью реза вниз с возрастающим диаметром от полотна до основания насыпи (патент RU №2200785, МКИ Е 01 С 5/00, 19.07.2001).

Известен способ возведения этого полотна, заключающийся в том, что полосу, отведенную под дорогу, разравнивают, возводят насыпь, послойно уплотняя, по насыпи и в откосах насыпи укладывают покрышки и верхний слой насыпи с уложенными покрышками, уплотняют, вдавливая их в верхний слой насыпи (там же).

Известен способ строительства дорожного полотна, который может быть использован при строительстве дорог в условиях слабых грунтов на болотах и заторфованных территориях (патент RU №2043455, МКИ Е 01 С 5/00, 16.04.1992). Способ строительства дорожного полотна включает возведение насыпи, укладку резанных пополам по протекторной части утилизованных покрышек и соединенных в маты в основание дороги поверх лежней, уложенных с расчетным шагом, засыпку насыпи с последующим уплотнением, после чего возводят насыпь. Засыпку насыпи выполняют слаборазложившимся торфом или песком с последующей укладкой геотекстильной прослойки.

Известен способ строительства земляных сооружений в районах крайнего севера с повышенными экологическими требованиями (патент RU №2221101, МКИ Е 01 С 1/00, 20.03.2002), при котором выбор и создание геодезической разбивочной основы дорог осуществляют через обводненные территории - озера, площадок под строительство и кустов - в границах этих озер, а отсыпку или намыв земляных сооружений производят на их талое основание. При строительстве используют отсыпку из мерзлых грунтов.

Известен способ возведения дороги на слабых грунтах (SU №1174513 А, МКИ Е 01 С 9/08, 15.07.1983), при котором используют объемные элементы из полиэтиленового материала, заполненных местной илистой смесью, которые раскладывают по земляному полотну, промежуточный слой между секциями выполняют из двойного полиэтиленового материала, а верхний дополнительно экранируют слоем полиэтиленового полотнища, а затем подвергают окончательной обваловке всю конструкцию.

Известен способ строительства автодорог (патент RU №2040626, МКИ Е 01 С 9/00, 15.01.1993), при котором выполняют искусственные сооружения: канавы и водоотводные устройства, ведут подготовку земляного полотна путем формирования продольного и поперечного профилей дороги с возведением насыпей и выемок, выполняют подстилающий слой из песка и устраивают покрытие. При этом подстилающий слой в подтапливаемых местах выполняют из песка высотой 50-60 см от максимального уровня грунтовых и паводковых вод. Покрытие выполняют из глины или суглинка, сверху которого укладывают дополнительный слой песка, после чего производят полив водой и укатку для образования связной скелетистой структуры.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача интенсификации строительства дорог, уменьшения их стоимости и повышения эксплуатационных качеств дорожного полотна в условиях слабых грунтов.

Технический результат - повышение несущей способности и ускорение консолидации грунтов основания.

Поставленная задача решается тем, что дорожное полотно, расположенное на грунте и содержащее основание, водоотводные канавы, выполненные вдоль основания, расположенное на основании армирующее устройство и насыпь поверх армирующего устройства, имеет армирующее устройство, которое содержит дренажные прорези, внутри которых размещена уплотненная песчано-гравиевая смесь и которые выполнены в основании грунта поперек дорожного полотна на глубину, превышающую высоту основания и достигающую уровня грунта, обладающего фильтрационными свойствами и достаточной несущей способностью, и с расчетным шагом и шириной, определяемыми достижением консолидации грунтов в строительный период, а также содержит на дренажных прорезях армирующую прослойку, обеспечивающую одновременную фильтрацию жидкости во всех направлениях без изменения свойств армирующей прослойки при увеличении нагрузок на дорожное полотно, а на армирующей прослойке также размещена песчано-гравиевая смесь.

Целесообразно, чтобы расчетный шаг дренажных прорезей составлял бы от 4 до 6 метров.

Целесообразно, чтобы ширина дренажных прорезей составляла бы от 1 до 1,4 м.

Также целесообразно, чтобы глубина дренажных прорезей составляла бы до 3,5...4 м.

Очень целесообразно, чтобы армирующая прослойка была бы выполнена из геотекстиля.

Поставленная задача решается также тем, что в способе возведения дорожного полотна, преимущественно на слабых грунтах, заключающемся в том, что выполняют основание в грунте, водоотводные канавы вдоль основания и располагают на основании армирующее устройство и насыпь поверх армирующего устройства, для армирующего устройства делают дренажные прорези поперек дорожного полотна с расчетным шагом и шириной, определяемыми достижением консолидации грунтов в строительный период, и глубиной до уровня грунта, обладающего фильтрационными свойствами и достаточной несущей способностью, засыпают дренажные прорези песчано-гравиевой смесью, располагают на дренажных прорезях армирующую прослойку, обеспечивающую одновременную фильтрацию жидкости во всех направлениях без изменения свойств армирующей прослойки при увеличении нагрузок на дорожное полотно, засыпают армирующую прослойку песчано-гравиевой смесью, которую уплотняют, а затем отсыпают насыпь слоями и каждый отсыпанный слой уплотняют виброуплотнением.

Целесообразно, чтобы при виброуплотнении проводили бы коррекцию технологической нагрузки для выбора оптимального режима уплотняющей нагрузки и расчетного коэффициента безопасности.

Целесообразно также, чтобы толщина слоя отсыпки составляла бы от 0,4 до 0,6 м.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется чертежами, на которых: на фиг.1 изображен горизонтальный срез дорожного полотна согласно изобретению, на фиг.2 - то же дорожное полотно, разрез А-А (поперечный профиль), на фиг.3 - то же дорожное полотно, разрез В-В (поперечный профиль), на фиг.4 - графики изменения показателя текучести по глубине дорожного полотна в естественном залегании (1) и при возведении дорожного полотна (2), согласно изобретению.

Дорожное полотно (фиг.1) содержит основание 1, водоотводные канавы 2, выполненные вдоль основания 1 дорожного полотна, расположенное на основании армирующее устройство.

Армирующее устройство, согласно изобретению, содержит дренажные прорези 3, внутри которых размещена уплотненная песчано-гравиевая смесь, армирующую прослойку 5, расположенную на дренажных прорезях 3 и обеспечивающую одновременную фильтрацию жидкости во всех направлениях без изменения свойств армирующей прослойки при увеличении нагрузок на дорожное полотно. На армирующей прослойке 5 также размещена песчано-гравиевая смесь 6.

Дренажные прорези 3 выполнены в основании 1 поперек дорожного полотна на глубину Н (фиг.2), превышающую глубину вырезки h основания 1 (фиг.3), и достигают уровня грунта 4, обладающего фильтрационными свойствами и достаточной несущей способностью. Дренажные прорези 3 выполняют в основании 1 с расчетным шагом t и шириной 1, определяемыми достижением консолидации грунтов в строительный период.

Дорожное полотно содержит также насыпь 7 поверх армирующего устройства. Насыпь 7 и песчано-гравиевая смесь 6 армирующего устройства уплотнены.

Дренажные прорези 3, согласно изобретению, могут располагаться с шагом t - от 4 до 6 м, иметь ширину 1 - от 1,0 до 1,4 м и глубину Н - 3,5...4 м.

В качестве армирующей прослойки 5, для снижения напряжения в грунте и повышения его прочности, используют материал, обеспечивающий подвижность и дренажные (фильтрацию во всех направлениях без изменения свойств при увеличении нагрузок) свойства во всех направлениях, - синтетический материал, например, широко известный геотекстиль. Для засыпки 6 используют песчано-гравиевую смесь.

Система уплотненных дренажных прорезей и армирующего покрытия с уплотненной засыпкой, согласно изобретению, образуют в основании дорожного полотна единое устройство с одновременным армирующим и фильтрационным отжимом, повышающее несущую способность дорожного полотна на слабом основании и ускоряющее консолидацию грунтов основания.

Дорожное полотно возводят следующим образом.

Вырезают почвенно-растительный слой на глубину 0,5-1 м и на ширину дорожного полотна и засыпают полученную вырезку песчано-гравиевой смесью для получения основания 1. Вырезают грунт под водоотводные канавы 2 в виде углубления в грунте по обеим сторонам вдоль дорожного полотна глубиной до 4 м, шириной 1,5-2 м в зависимости от фильтрационных характеристик грунтов и засыпают полученную вырезку песчано-гравиевой смесью.

Затем вырезают дренажные прорези 3, согласно изобретению, поперек дорожного полотна с шагом от 4 до 6 м в виде углубления в грунте на глубину до уровня грунта, обладающего фильтрационными свойствами и достаточной несущей способностью, глубиной, например, 4 м, шириной от 1,0 до 1,4 м. Вырезку дренажных прорезей проводят экскаватором с одновременным заполнением их песчано-гравиевой смесью, осуществляемой фронтальным погрузчиком, работающим в едином звене с экскаватором, при этом разрыв между ними не должен превышать 5-10 метров. На уровне поверхности земли в основание насыпи укладывают армирующую прослойку 5 из геотекстиля, при этом ширина укладки должна обеспечивать перекрытие продольных дренажных канав. Раскатка рулонов геотекстиля производится вручную с перехлестом полотен на 22-24 см и закреплением через каждые 1,5 м. Затем приступают к засыпке песчано-гравиевой смеси поверх геотекстиля. Засыпка геотекстиля производится способом "с головы", толщина слоя 0,6 м (по условию безопасности слабого основания, для которого коэффициент безопасности больше 1), разравнивание осуществляется бульдозером или автогрейдером от середины к краям. Засыпанный песчано-гравиевый слой 6 уплотняют катками без вибрации. Затем отсыпают насыпь 7 слоями 8 из грунта. Каждый отсыпанный слой 8 уплотняют виброуплотнением. Для виброуполтения используют катки 9, которые перемещаются поперек отсыпанного слоя 8. Перемещение катков показано пунктиром.

При виброуплотнении, проводимом для повышения прочности, проводят коррекцию технологической нагрузки для выбора оптимального режима уплотняющей нагрузки и расчетного коэффициента безопасности.

Отсыпку насыпи 7 производят с толщиной отсыпанного слоя 0,4 м ...0,6 м. Каждый отсыпанный слой виброуплотняют в течение расчетного времени, определяемого из условия достижения расчетной степени консолидации слабого основания. Виброуплотнение ведут под контролем (мониторингом) путем отбора проб грунтов насыпи 7 и основания 1 из предварительно пробуренной скважины, определения характеристик отобранных проб и расчета параметров: модуля деформации, осадки, порового давления, рассчитывают коэффициент безопасности и устойчивости, сравнивают с расчетными значениями и по ним корректируют интенсивность технологической нагрузки на возводимое дорожное полотно, влияя на виброуплотнение, частоту вибрации, амплитуду вибрации и продолжительность виброуплотнения. Практически это можно осуществить, например, изменением режима работы катка, скорости его движения, а также толщиной и числом слоев отсыпки, типом и толщиной синтетического материала. В ходе интенсивного виброуплотнения возрастает поровое давление. Армирующая прослойка, согласно изобретению, позволяет под вибронагрузкой дополнительно отжимать и отводить воду из грунтовых слоев под возводимым дорожным полотном, снижая водонасыщенность слабых грунтов. Это, в свою очередь, дает возможность повысить уплотняющую нагрузку, увеличить строительную осадку и прочность дорожного полотна. В целом, расчет контрольных параметров непосредственно связан с оценкой безопасности возводимого дорожного полотна при постоянно возрастающей нагрузке.

Дорожное полотно и способ возведения дорожного полотна, согласно изобретению, были применены на экспериментальном участке дорожного полотна на походах к мостовому переходу через реку. Масса применяемых катков была от 12 до 20 т, скорость движения 4,5-5 км/ч. В первом слое отсыпки виброуплотнение проводилось катками поперек дренажных прорезей в течение 4...5 дней. Мониторинг показал, что консолидация грунтов основания была достигнута в строительный период. Ускорение консолидации грунтов составило 75-80% по сравнению с временной пригрузкой при неизменной конструкции насыпи. Модуль деформации повысился на 3,7-4,5 МПа, повысились прочностные характеристики: сцепления - на 25-35%, угла внутреннего трения - на 30-40%. Плотность грунтов основания увеличилась на 4-6%, влажность грунтов основания уменьшилась на 4-6%.

На фиг.4 представлены результаты изменения показателя текучести по глубине дорожного полотна в естественном залегании (1) и при возведении дорожного полотна (2), согласно изобретению, которые получили на основании анализа двух групп проб грунтов по глубине, взятых из пробуренных скважин на экспериментальном участке. Как видно из графиков, при возведении дорожного полотна улучшен показатель текучести и, следовательно, повышена несущая способность и ускорена консолидация слоев грунта основания.