МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ СПОСОБ УКЛАДКИ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ (ГЕОТЕКСТИЛЯ И ОБЪЕМНОЙ ГЕОРЕШЕТКИ) В КОНСТРУКЦИЮ ДОРОГИ

Изобретение относится к области дорожного строительства, в частности к способам повышения эксплуатационных характеристик конструкций дорог и может быть использовано при строительстве автомобильных и железных дорог или иных аналогичных сооружений, требующих специальных средств для упрочнения дорожной одежды.

Известен и широко применяется в мировой практике дорожного строительства способ упрочнения дорожной одежды путем введения в один из ее слоев геосинтетических материалов, таких как геотекстиль и объемные георешетки. Указанный способ показан на сайте www.prs-med.com. описан, например, в «Руководстве по устройству аэродромных оснований и дорожной одежды с армирующими прослойками из геосинтетических материалов. ВРДС 32-12-08 МО РФ. М., 2008 г.», в документе «Рекомендации по применению геосинтетических материалов ООО «Гекса-нетканые материалы» в дорожном строительстве (тканые геосинтетические материалы, объемные георешетки), Екатеринбург-2008», в проекте руководящего документа ОАО «РЖД» «Опытный технологический процесс укладки объемной георешетки «НЕОВЕБ» на локальных участках».

Упомянутые способы в целом идентичны и могут быть приняты за ближайший аналог. Реализация способа осуществляется за счет последовательного выполнения следующих операций:

- подготовка земляного полотна (планировка, уплотнение, устройство дренажа и т.п.) дорожными машинами;

- распределение по участку секций объемной георешетки и рулонов геотекстиля (вручную);

- раскатка полотен рулонного геотекстиля внахлест вручную, либо приспособлением дорожной машины (полотнища могут быть сшиты между собой);

- растягивание вручную поверх геотекстиля секций объемной георешетки на обусловленную проектом ширину для формирования объемной сотовой структуры, фиксация геотекстиля и георешетки на грунте временными анкерными стойками (секции георешетки вручную скрепляются между собой металлическими скобами с помощью степлера либо иным способом);

- заполнение дорожными машинами ячеек георешетки засыпными материалами (песок, щебень, гравий и т.п. - в соответствии с проектом);

- извлечение временных анкерных стоек (вручную);

- планирование и уплотнение дорожными машинами засыпанного материала, нанесение дорожными машинами поверхностного асфальтобетонного или иного покрытия, либо укладка щебеночной балластной призмы железнодорожного пути.

Недостатком ближайшего аналога является низкая эффективность, необходимость применения в больших количествах ручного труда путевых рабочих, занятых на растяжке и закреплении геоматериалов, установке и извлечении временных анкерных стоек, в случае же ремонта железнодорожного пути - кроме того, необходимость снятия и повторной установки секций рельсошпальной решетки. Этот способ требует также большого расхода технологического времени и, соответственно, длительного закрытия объекта на ремонт.

Задачей заявляемого технического решения является механизация способа укладки геотекстиля и георешетки в соответствующий слой конструкции дороги, что позволит существенно сократить количество рабочих, требующихся для выполнения работ, снизить время выполнения работ по растягиванию, закреплению и засыпке геосинтетиков. При ремонте железнодорожного полотна - производство работ без снятия рельсошпальной решетки.

Предлагается механизированный способ укладки геосинтетических материалов в конструкцию дороги, включающий следующие общие для ближайшего аналога и заявляемого технического решения операции:

- подготовка земляного полотна дорожными машинами;

- извлечение временных анкерных стоек (вручную);

- укладка дорожными машинами поверхностного покрытия, (например, асфальтобетонного), либо укладка щебеночной балластной призмы железнодорожного пути.

В отличие от ближайшего аналога в заявляемом способе:

- выполнение ряда технологических операций осуществляется специализированной дорожной машиной (далее - Укладчик), адаптированной к месту проведения работ: например автодорога, аэродром, железнодорожное полотно- автомобильные шасси, железная дорога- путевая железнодорожная машина);

- секция георешетки обусловленной проектом длины находится на специальном устройстве (барабан, стеллаж) Укладчика, либо на сопряженной с ним платформе;

- рулоны геотекстиля также находятся на Укладчике или на сопряженной с ним платформе;

- георешетка устанавливается поверх разматываемого из рулона геотекстиля и растягивается за счет воздействия на крайние ленты георешетки и саму георешетку рабочих органов (например, пластины, коробки, диски, звездочки) соответствующего механизма Укладчика;

- извлечение геотекстиля из рулона, а объемной георешетки - из специального устройства производится тяговым усилием, развиваемым движущимся Укладчиком, для чего геотекстиль и георешетка на начальном участке крепятся к грунту земляного полотна несколькими временными анкерными стойками;

- заполнение ячеек растянутой георешетки засыпным материалом, извлекаемым из бункера, расположенного на Укладчике, либо на сопряженной с ним платформе, происходит практически сразу же после их формирования при растягивании, что позволяет применять временные анкерные стойки только на начальном участке установки геоматериалов, фактически, до момента их засыпки, с последующим их удалением. Дальнейшее растягивание не требует применения анкеров, поскольку геотекстиль и георешетка будут удерживаться слоем засыпанного материала;

- в случае необходимости (ремонт полотна железной дороги без снятия рельсошпальной решетки) на Укладчике устанавливаются устройство для подъема рельсошпальной решетки, а также устройства подачи геоматериалов в подшпальное пространство, устройства растягивания геоматериалов, засыпки, планирования и уплотнения засыпного материала, находящиеся в рабочем положении в подшпальном пространстве.

Кроме того, предлагаемый механизированный способ укладки геосинтетических материалов (геотекстиля и объемной георешетки) в конструкцию дороги отличается тем, что:

- секции георешетки скреплены в продольном (поперечный размер секции обусловлен проектом и реализуется изготовителем георешетки) направлении с целью образования в растянутом состоянии объемной ячеистой структуры на заданной проектом площади.

Секция георешетки изготавливается из полимерных лент определенной длины, ширины и высоты, сваренных между собой в шахматном порядке с шагом, определяющим размер ячейки. Геометрические параметры лент и шаг сварки задаются в проекте. Характерным отличием конструкции секции георешетки является наличие двух узких лент, приваренных строго по центру между двумя крайними лентами, которые образуют по длине секции с каждой стороны по два (верхний и нижний) кармана. С их помощью при растягивании секции осуществляется взаимодействие с рабочими органами механизма растягивания Укладчика;

- рабочие органы механизма растягивания дорожной машины имеют форму пластин, дисков, коробок и т.п., конструктивно сопряженных со звездочками, или иными элементами конструкции, которые при движении георешетки взаимодействуют со стенками георешетки, обеспечивая ее надежную фиксацию без срыва.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом имеется причинно-следственная связь, а именно:

- применение Укладчика в указанном способе, когда растягивание геоматериалов на обусловленную проектом площадь осуществляется механизмами Укладчика, заменяет труд большого количества дорожных рабочих (например, при ручном способе укладка, растягивание и закрепление объемной георешетки в виде модулей размером 2,5×5 м в уложенном состоянии производится бригадой из 10 человек при средней производительности не более 60 м/час, в то время как с помощью Укладчика аналогичные операции можно производить со скоростью 90-150 м/час, при этом количество обслуживающего персонала составит не более 5 человек);

- при ручном способе укладки геоматериалов соединение секций георешетки осуществляется на месте проведения работ, при механизированном же способе скрепление секций производится предварительно на требуемую проектом длину (сотни метров), что значительно ускоряет процессе в целом;

- компактное размещение запаса применяемых геосинтетических материалов непосредственно на Укладчике, или на сопряженных с ним платформах, обеспечивает возможность выполнения ремонтных работ на участках большой протяженностью (до 1500 метров без дозагрузки геоматериалами);

- принципиальное изменение конструкции секции георешетки, направленное на создание карманов по краям объединенного модуля, позволяет с помощью рабочих органов (пластин, коробок, дисков и т.п.) механизма растягивания Укладчика подавать и растягивать георешетку на требуемую длину без применения ручного труда;

- скрепление с грунтом георешетки и геотекстиля на начальном участке работ позволяет вытягивать их тяговым усилием Укладчика из устройств содержания (барабана, стеллажа, рулона) с одновременным расстиланием их устройствами Укладчика по обустраиваемой поверхности, что исключает применение для этих целей ручного труда (кроме необходимости установки и извлечения нескольких временных анкерных стоек);

- заполнение ячеек растянутой георешетки засыпным материалом, происходящее сразу же после их образования при растягивании, позволяет применять временные анкерные стойки только на начальном участке установки геоматериалов, то есть до момента их засыпки. Для дальнейшей установки анкера не требуются, поскольку геотекстиль и георешетка будут удерживаться от смещения весом засыпанного материала. Такое решение вопроса фиксации геоматериалов существенно уменьшает необходимое количество анкерных стоек и сокращает время их установки и съема.

- возможность размещения на Укладчике, предназначенном для ремонта железнодорожного полотна, устройств, позволяющих производить работы под поднятой рельсошпальной решеткой без ее демонтажа в автоматическом режиме без применения ручного труда, недопустимого правилами техники безопасности, а также исключает необходимость применения громоздкой дорожной техники (бульдозеры, виброкатки) для планирования и уплотнения слоя засыпного материала при ручной укладке, что обусловливает, к тому же, снятие и повторную установку рельсошпальной решетки.

Заявляемое техническое решение на способ механизированной укладки геоматериалов в конструкцию дороги по сравнению с ближайшим аналогом позволяет существенно сократить количество дорожных (путевых) рабочих, занятых ручным трудом, сократить общее технологическое время на произведение дорожных работ, и сэкономить необходимые вспомогательные материалы (временные анкерные стойки).

Сущность предложенного технического решения поясняется следующими иллюстрациями.

На фиг.1 изображена схема Укладчика, используемого для реализации способа. В качестве примера устройства для содержания объемной георешетки показан барабан. Рабочие органы механизма растягивания георешетки имеют форму коробок.

На фиг.2 изображен разрез по А-А (фиг.1) растянутой георешетки со вставленными в верхний (Б) и нижний (В) карманы рабочими органами (ребра коробок) механизма растягивания Укладчика.

Укладчик, применяемый для реализации предлагаемого способа, схематично может быть представлен следующим образом (см. фиг.1). На платформе 1 Укладчика устанавливается барабан 2 с навитой на него георешеткой 3. На платформе 1 Укладчика укреплены также:

- направляющие ролики 4 и 5;

- растягивающее устройство 6 с коробками 7 и 8, вставленными своими ребрами в верхние (Б) и нижние (В) карманы с левой и правой стороны секции георешетки (см. фиг.2), и звездочками 9. Коробки разведены относительно друг друга на угол Г, обеспечивающий на заданной длине растягивание георешетки от первоначально сложенного состояния до конечной ширины;

- рулон геотекстиля 10, запас рулонов сопоставим с длиной находящейся на барабане георешетки;

- емкость или устройство 11 для засыпного материала;

- балка 12 с виброплитами 13 для профилирования и уплотнения засыпного материала.

Для упрощения чертежа емкость для засыпного материала 11 и балка 12 для его виброуплотнения показаны не связанными с платформой.

Для первоначального крепления геоматериалов к грунту используются временные анкерные стойки Д.

Механизированный способ укладки геоматериалов (геотекстиль и объемная георешетка) осуществляется следующим образом. Платформа 1 Укладчика устанавливается на ремонтируемом участке дороги, на котором уже выполнены предшествующие установке геоматериалов технологические операции. Георешетка и геотекстиль извлекаются с барабана 2 и из рулона 10 на сопоставимую длину. Извлечение осуществляется вручную либо с помощью ручных или электрических лебедок (на схеме не показаны). С помощью роликов 4 и 5 осуществляется разворот георешетки в поперечной плоскости на необходимый угол для установки георешетки на ребро при растягивании. Геотекстиль расправляется под георешеткой на всю ширину. Растягивающее устройство 6 размещается над георешеткой, его коробки 7 и 8 вставляются своими ребрами в верхний Б и нижний В карманы секции георешетки 9 с каждой стороны и разводятся на угол Г, соответствующий растягиванию георешетки на всю ширину. Пальцы звездочек 9 сопрягаются с ячейками георешетки. Концы растянутых описанным способом геоматериалов закрепляются на земляном полотне анкерными стойками Д. Конструкция растягивающего устройства не препятствует движению Укладчика. Во время движения Укладчика его тяговым усилием геоматериалы, прикрепленные своими концами к земляному полотну, извлекаются из барабана 2 и рулона 10, георешетка расправляется на всю ширину ребрами коробок 7 и 8 растягивающего устройства 6, образующими в плане клин, направленный в сторону движения Укладчика, и разводящими в стороны крайние ленты георешетки, а, следовательно, и растягивая всю георешетку. Звездочки 9, вращающиеся под воздействием перемещающихся относительно них ячеек георешетки, препятствуют соскальзыванию георешетки с коробок 7 и 8 растягивающего устройства 6, геотекстиль разматывается под георешеткой на всю ширину рулона, производится засыпка растянутых геоматериалов из бункера 11, разравнивание и уплотнение засыпки балкой 12 с виброплитами 13. После засыпки нескольких рядов ячеек растянутой георешетки она прочно фиксируется на земляном полотне весом засыпного материала, поэтому временные анкерные стойки В извлекаются. Процесс продолжается пока не будут израсходованы все геоматериалы, после чего барабан и рулон меняют либо, в зависимости от конструкции Укладчика, пополняют. Засыпная смесь в емкости 11 также, по необходимости, пополняется.

Полученный технический результат выражается в большей эффективности способа, чем существующие ныне, поскольку предполагает привлечение минимального количества дорожных (путевых) рабочих и позволяет при большой емкости устройств содержания геоматериалов (рулона, барабана и т.п.) после одноразового закрепления геоматериалов производить длительную, непрерывную работу по их укладке, существенно сокращая отведенное на эту операцию технологическое время при минимальном использовании анкерных стоек (анкерные стойки, случайно забытые в дорожном полотне, могут явиться причиной аварии дорожных машин).

По предварительным расчетам ОАО «РЖД» технико-экономического обоснования «Комплекса для создания защитного подбалластного слоя, армированного объемной георешеткой», в основу разработки которого положен описываемый способ, при годовом объеме работ по укладке объемной георешетки в 53 км полезный эффект составит 387456 тыс. руб.