Результат интеллектуальной деятельности: Конструкция дороги

Изобретение относится к области строительства и может быть использована при возведении земляного полотна железных, автомобильных дорог и взлетно-посадочных полос аэродромов в районах вечной мерзлоты, характеризующихся глубоким сезонным промерзанием грунтов и высоким уровнем залегания грунтовых вод.

Известна конструкция дороги (RU 2035536, Е01С 3/06, 20.05.1995), включающая дорожную одежду, дренирующий слой и земляное полотно, верхняя часть которого заключена в гидроизоляционную обойму.

Недостатками конструкции является относительно низкая прочность и морозоустойчивость грунтов земляного полотна, которая вступает в противоречие с их непомерно завышенной влажностью при неравномерном распределении этой влажности по ширине дорожных слоев. В районах вечной мерзлоты это вызывает трещины и провалы земляного полотна в периоды таяния снега и льдогрунтов.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является конструкция дороги (RU 2573892, Е01С 3/04, 27.01.2016), включающая земляное полотно, балластную призму с подстилающим слоем, выполненным в форме треугольного жесткого ядра из прочных легко уплотняемых зернистых материалов, обладающих дренирующими свойствами, обочины, дренаж, заполненный щебнем с фракциями 20-40 мм и расположенный в теле земляного полотна вдоль оси дороги, поперечные дренажные отводы, а также водоотводные лотки, установленные в местах расположения водоотводящих выпусков.

Недостатком данной конструкции дороги является большой расход щебня, который идет не только на отсыпку балластной призмы, но также и на создание подстилающего слоя с его жестким ядром треугольной формы, не говоря уже об увеличении протяженности дренажных систем, заполненных щебнем.

При работе над изобретением решалась задача повышения экономичности предлагаемой конструкции дороги за счет увеличения жизненного цикла щебеночных материалов, входящих в ее состав.

Технический результат достигается тем, что в конструкции дороги, включающей земляное полотно, дорожную одежду, балластную призму с подстилающим слоем, выполненным в форме треугольного жесткого ядра из прочных легко уплотняемых зернистых материалов, обладающих дренирующими свойствами, обочины, дренажную систему, заполненную щебнем с фракциями 20-40 мм и уложенную в теле земляного полотна вдоль оси дороги, поперечные дренажные отводы и водоотводные лотки, установленные в местах размещения водоотводящих выпусков, дорожная одежда выполнена в виде рельсошпальной решетки, опирающейся на балластную призму, которая, как и жесткое ядро ее подстилающего слоя, заполнена кубовидным щебнем с фракциями 25-60 мм, выполненным из горных пород магматического происхождения с добавлением в него вяжущего материала, а основная площадка земляного полотна отделена от опирающегося на нее щебня слоем дренажного иглопробивного геотекстиля.

Суть технического решения разъясняется с помощью чертежей:

Фиг. 1. - Поперечное сечение однопутной железной дороги.

Фиг. 2. - Поперечное сечение двухпутной железной дроги.

Земляное полотно 1 дороги включает в себя основную площадку 2 с нанесенным на нее подстилающим слоем 3, выполненным в форме треугольного жесткого ядра 4 из прочных легко уплотняемых зернистых материалов, обладающих дренирующими свойствами, балластную призму 5, рельсошпальную решетку 6, обочины 7, дренажную систему 8, заполненную щебнем с фракциями 20-40 мм и уложенную в теле земляного полотна 1 вдоль оси 9 дороги, поперечные дренажные отводы 10 и водоотводные лотки 11, установленные в местах размещения водоотводящих выпусков 12. Для того, чтобы предотвратить возможность проникновения грунта с поверхности земляного полотна 1 в пределы подстилающего слоя 3, этот слой 3 отделен от основной площадки 2 земляного полотна1 слоем 13 дренажного иглопробивного геотекстиля, например, марки ИП - 200.

На балластную призму 5 опирается рельсошпальная решетка 6.

Как показано на фиг.2, на двухпутном земляном полотне оба пути 14 и 15 располагаются на общей балластной призме 16, а их подстилающий слой разделен на два самостоятельных участка 17 и 18, каждый из которых имеет свое треугольное ядро 19 и 20 в подстилающем слое, а также свою собственную дренажную систему 21 и 22.

При разработке мероприятий по повышению экономичности предлагаемой нами конструкции за счет продления жизненного цикла используемого в ней щебня учитывалось, что, чем больше частиц в массе насыпного материала взаимодействуют между собой не острыми углами и ребрами, а плоскими поверхностями, тем медленнее измельчается этот материал и дольше служит. Изучение этой закономерности в свое время привело специалистов к созданию кубовидных щебней, у которых подавляющее число фракций в условиях вибрационных нагрузок от проходящих поездов чаще всего оказываются прижатыми друг к другу плоскими гранями, которые в процессе эксплуатации не выкрашиваются, а постепенно стираются в пыль под действием сил трения. Превращение каменной породы в пыль - это длительный процесс. Поэтому по износостойкости кубовидные щебни в 1,5-2 раза превосходят все общеизвестные сорта щебней традиционных форм и видов.

Однако жизненный цикл щебня зависит не только от износостойкости материала его фракций, но и от конструктивных факторов, влияющих на его эксплуатацию. В частности, интенсивность износа двух плоских поверхностей, трущихся друг о друга под действием вибрационных нагрузок, зависит от скоростей, частот и амплитуд их взаимного перемещения. Чтобы снизить скорости, частоты и амплитуды этих вибраций, в предлагаемой конструкции предусмотрено добавление в щебень балластного 5 и подстилающего 3 слоев вяжущего материала, например, битума марки МГ 70/130, который будет выполнять демпфирующие свойства. А чтобы битум не утратил своих демпфирующих свойств вследствие загрязнения подстилающего слоя 3 грунтом земляного полотна, основная площадка 2 отделена от опирающегося на нее щебня слоем дренажного иглопробивного геотекстиля 13, например, марки ИП-200, который хорошо пропускает воду сверху вниз, но препятствует движению частиц грунта во встречном направлении.

Конструкция работает следующим образом. Ее высокая прочность и морозоустойчивость объясняется тем, что влага, которая в процессе строительства или эксплуатации проникает в зону треугольного жесткого ядра 4, выполненного из уплотненного дренирующего материала, отводится с помощью дренажной системы 8 в осушительный или водный бассейн (на фиг. не показан). Влажность грунта и щебня в течение всего жизненного цикла щебня не превышает оптимального значения.

Поскольку продление этого цикла в нашей конструкции достагается на основе замены рядовых щебней кубовидными, нами был проведен сравнительный анализ стоимости тех и других на рынке нерудных материалов.

В среднем, разность цен кубометра предлагаемого нами кубовидного щебня из горных пород магматического происхождения и обычного гранитного щебня не превышает 10%. Следовательно, предлагаемую нами конструкцию, которая в состоянии обеспечить удвоение межремонтных сроков пути от одной замены щебня до другой можно признать достаточно экономичной.