Земляное сооружение на слабом основании для автомобильных дорог
Владельцы патента RU 2585302:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Забайкальский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ЗабГУ") (RU)
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог на слабых пучинистых грунтах. Земляное сооружение на слабом основании для автомобильных дорог содержит верхний рабочий слой насыпи и тело насыпи, снабженное армирующими элементами. Верхний рабочий слой насыпи выполнен толщиной 1,1…1,2 м, а тело насыпи выполнено из чередующихся слоев насыпного непучинистого грунта и полотен металлической геосетки, по краям соединенных с объемными решетчатыми конструкциями коробчатого типа, заполненными скальным грунтом размерами камней не менее 70 мм. Технический результат состоит в повышении сопротивления и устойчивости конструкции земляного сооружения на слабом основании при сезонном деформировании под неравным воздействием сил морозного пучения и осадки при оттаивании, повышении прочности, жесткости и устойчивости конструкции. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог на слабых пучинистых грунтах.
Одной из причин потери несущей способности сооружений являются их неравномерные сезонные деформации, возникающие при пучении и осадке грунтов основания. В результате замерзания воды, содержащейся в грунтах земляного полотна, происходит его вспучивание, а при весеннем оттаивании - осадка в результате разупрочнения. Исключить сезонные деформации земляного полотна невозможно, поэтому основные задачи заключаются в ослаблении действия морозного пучения или обеспечении равномерности сезонного деформирования.
Из существующего уровня техники известны конструктивно-технологические решения, которые заключаются в замене структурно неустойчивого грунта основания на непучинистые материалы, устройстве грунтовых свай в основании и пр. (Проектирование автомобильных дорог: Справочная энциклопедия дорожника (СЭД), Т. 5. / Под ред. Г.А. Федотова, П.И. Поспелова. - М.: Информавтодор, 2007).
Недостатком известных решений являются значительное повышение объемов земляных работ, сложная технология выполнения работ, и, соответственно, высокая стоимость.
Наибольшее распространение, с целью повышения устойчивости земляных сооружений на слабых основаниях, получили способы их армирования геосинтетическими материалами на основе полипропилена и полиэтилена.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является армирование насыпи на слабом основании геосинтетическими материалами (см. Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог (взамен ВСН 49-86). - М.: ФГУП Информавтодор, 2003). Для обеспечения равномерности осадки и достижения дополнительного армирующего эффекта за счет повышения жесткости нижней части насыпи, геосинтетические прослойки устраивают в несколько слоев с заключением нижней части насыпи в «обойму». В качестве геосинтетических материалов используют геосетки и георешетки на основе полипропилена или полиэфира.
Недостатками данного технического решения являются подверженность полимерных материалов механическому истиранию при контакте с частицами грунта, недостаточная химическая стойкость к агрессивным средам, и особенно их ползучесть, что значительно снижает сопротивление армогрунтовой конструкции неравномерным воздействиям сил морозного пучения.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение сопротивления и устойчивости конструкции земляного сооружения на слабом основании при сезонном деформировании под неравным воздействием сил морозного пучения и осадки при оттаивании.
Результат достигается тем, что земляное сооружение на слабом основании для автомобильных дорог, содержащее верхний рабочий слой насыпи и тело насыпи, снабженное армирующими элементами, отличается тем, что верхний рабочий слой насыпи выполнен толщиной 1,1…1,2 м, а тело насыпи выполнено из чередующихся слоев насыпного непучинистого грунта и полотен металлической геосетки, по краям соединенных с объемными решетчатыми конструкциями коробчатого типа, заполненными скальным грунтом размерами камней не менее 70 мм.
Земляное сооружение отличается также тем, что объемные решетчатые конструкции выполнены с прямоугольным или трапецеидальным поперечным сечением, в зависимости от крутизны заложения откосов земляного сооружения.
Земляное сооружение отличается также тем, что при высоте насыпи более 3 м, объемные решетчатые конструкции устанавливают в два ряда на расстоянии не менее 1 м от бровки нижнего слоя насыпного грунта, выполненного толщиной не менее 0,6 м.
Заявленное земляное сооружение на слабом основании для автомобильных дорог отличается тем, что под низом рабочего слоя насыпи на глубине 1,1…1,2 м располагается разделительный армогрунтовый элемент из чередующихся слоев насыпного непучинистого грунта и полотен металлической геосетки, по краям соединенных с объемными решетчатыми конструкциями коробчатого типа, заполненными скальным грунтом размерами камней на менее 70 мм. При этом объемная решетчатая конструкция может быть выполнена прямоугольного или трапецеидального поперечного сечения в зависимости от крутизны заложения откосов земляного сооружения. Объемные решетчатые конструкции могут располагаться в один уровень при высоте насыпи до 3 м (фиг. 1) и в два уровня при высоте насыпи более 3 м (фиг. 2). Металлическая сетка крепится к объемным решетчатым конструкциям проволокой и образует замкнутый контур, увеличивая прочность и устойчивость конструкции.
В основу изобретения заложена способность слоев из металлической сетки воспринимать и перераспределять нагрузки от пучин и осадок, что значительно уменьшает, либо полностью противодействует неравномерному деформированию земляного полотна.
Преимущество изобретения в возведении земляного сооружения, стабильность которого обеспечивается устранением неравномерных осадок и пучин слабого основания вследствие восприятия, перераспределения нагрузок слоями из металлической сетки с передачей их на объемные решетчатые конструкции в период эксплуатации.
На фиг. 1 изображена схема земляного сооружения высотой до 3 м на слабом пучинистом основании, на фиг. 2 - схема земляного сооружения высотой более 3 м на слабом пучинистом основании.
На чертежах:
1 - объемные металлические решетчатые конструкции, заполненные скальным грунтом размерами камней не менее 70 мм;
2 - металлическая геосетка;
3 - рабочий слой насыпного грунта толщиной 1,1…1,2 м;
4 - слой насыпного непучинистого грунта;
5 - слой насыпного грунта толщиной не менее 0,6 м;
6 - основание из «слабого» пучинистого грунта.
Возведение земляного сооружения осуществляется следующим образом:
На спрофилированную поверхность слоя насыпного грунта 5, толщиной не менее 0,6 м, в нижней части насыпи, устанавливаются объемные металлические решетчатые конструкции коробчатого типа. Они могут быть трапецеидального поперечного сечения высотой 0,5 м или прямоугольного сечения высотой 0,5 м или 1 м. Внутри объемные металлические решетчатые конструкции заполняются скальным грунтом. Размер камней должен быть не менее 70 мм. При высоте насыпи до 3 м, объемные решетчатые конструкции трапецеидального сечения располагают в один ряд. При высоте насыпи более 3 м используют конструкции прямоугольного сечения высотой 0,5 м или 1 м, которые устанавливают в два ряда. При этом расстояние от краев установки габионов до бровки нижнего слоя насыпи составляет 1 м. Для отвода поверхностных вод, поверхности нижнего слоя насыпи придается поперечный уклон в сторону от объемных металлических решетчатых конструкций 40…50‰. В качестве объемных решетчатых конструкций применяют, например, габионы системы Террамеш. Они представляют собой объемную коробчатую конструкцию заводского изготовления, выполненную из металлической сетки двойного кручения с шестиугольными ячейками, разделенную на секции при помощи диафрагм, устанавливаемых внутри габиона через каждый метр по длине.
Пространство между объемными металлическими решетчатыми конструкциями заполняется чередующимися слоями насыпного непучинистого грунта 4 и металлической геосетки 2. Металлическая сетка крепится к объемным металлическим решетчатым конструкциям с помощью стальной оцинкованной проволоки. Укладка рулонов металлической геосетки осуществляется в продольном направлении с помощью раскатчика рулонных материалов. Натяжение и крепление рулонов геосетки между собой осуществляется вручную. В качестве металлической геосетки рекомендуется, например, сетка марки Родмеш из стальной проволоки двойного кручения с цинковым покрытием, укрепленная армирующим прутом, расположенным в поперечном направлении. Имея высокую прочность, геосетка Родмеш идеально подходит для уменьшения деформации земляного сооружения.
Укладка слоя насыпного непучинистого грунта 4 производится механизированным способом.
Рабочий слой насыпного грунта 3 устраивается механизированным способом на толщину 1,1…1,2 м, достаточную для беспрепятственной установки технических средств организации дорожного движения.
В процессе эксплуатации металлическая геосетка воспринимает нагрузки от неравномерного деформирования слабого основания. Вследствие закрепления сетки к объемным решетчатым конструкциям, остающимся в неподвижном состоянии по мере перераспределения и передачи усилий от нижнего ряда геосетки через слой насыпного непучинистого грунта к верхнему ряду геосетки, происходит затухание деформаций, и рабочий слой насыпи сохраняет свою устойчивость. В свою очередь, анкеровка металлической геосеткой объемных решетчатых конструкций препятствует их расползанию под действием нагрузок. Аналогичный процесс наблюдается при осадке слабого основания в период оттаивания.
У предлагаемого земляного сооружения на слабом пучинистом основании имеются следующие преимущества:
1. Значительное, либо полное устранение неравномерных деформаций от осадок и пучин слабого пучинистого основания;
2. Широкая распространенность используемых материалов;
3. Увеличение прочности, жесткости и устойчивости конструкции за счет использования металлической сетки, соединенной с габионами;
4. Долговечность и стабильность заявляемой конструкции значительно выше аналогичных за счет использования металлической сетки и объемных решетчатых конструкций;
5. Возведение земляного сооружения не требует специального оборудования.
1. Земляное сооружение на слабом основании для автомобильных дорог, содержащее верхний рабочий слой насыпи и тело насыпи, снабженное армирующими элементами, отличающееся тем, что верхний рабочий слой насыпи выполнен толщиной 1,1…1,2 м, а тело насыпи выполнено из чередующихся слоев насыпного непучинистого грунта и полотен металлической геосетки, по краям соединенных с объемными решетчатыми конструкциями коробчатого типа, заполненными скальным грунтом размерами камней не менее 70 мм.
2. Земляное сооружение по п. 1, отличающееся тем, что объемные решетчатые конструкции выполнены с прямоугольным или трапецеидальным поперечным сечением, в зависимости от крутизны заложения откосов земляного сооружения.
3. Земляное сооружение по п. 1, отличающееся тем, что при высоте насыпи более 3 м, объемные решетчатые конструкции устанавливают в два ряда на расстоянии не менее 1 м от бровки нижнего слоя насыпного грунта, выполненного толщиной не менее 0,6 м.
