RU2046871C1

RU2046871C1 - Road structure

Info

Publication number: RU2046871C1
Application number: RU93038702A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Лукачев; Александр Александрович Новиков
Original assignee: Николай Николаевич Лукачев; Александр Александрович Новиков
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1995-10-27

Abstract

FIELD: road building. SUBSTANCE: road structure includes ground bed, road dressing, shoulders, venting channels, water outlets, and balanced ventilation chambers. Ventilation channels are filled with crushed stone and placed under shoulders. Besides, the channels have a coating of asphalt/concrete and provided with thermal insulating interlayer in the form of a holder located at the level of underlaying bed of sand, antisilting bed bending round lower part of the channel up to the holder. This bed may be both closed over crushed stone perimeter, and open from upper part. Vapor insulation is placed under the holder on channel bottom. Balanced ventilation chambers are placed beyond bounds of the shoulder and connected to the channels in upper part of those. Fans may provided for the balanced chambers of needed. Water outputs are made in the form of absorbing wells or asbestos cement tubes. Drainage tubes may be provided under channel bottom at high level of ground waters. EFFECT: high road quality. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано как при реконструкции, так и при новом строительстве в сложных грунтово-гидрологических условиях или в стесненных местах строительства. The invention relates to the construction of roads and can be used both in reconstruction and in new construction in difficult soil-hydrological conditions or in cramped construction sites.

Известно выполнение земляного полотна с вентиляционными бермами при строительстве дорог в районах вечной мерзлоты, где вентиляция образуется за счет выполнения в горизонтальном слое берм вентиляционных воздушных каналов, выполненных из крупнообломочных грунтов, бетонных блоков или из грунтобетона [1]
Недостатками этого решения являются большая материалоемкость конструкции и длительный срок стабилизации основания. Кроме того, данная конструкция направлена на сохранение температурного режима за счет использования положительного баланса отрицательных годовых температур.It is known the implementation of the subgrade with ventilation berm during the construction of roads in permafrost areas, where ventilation is formed due to the implementation in the horizontal layer of the berms of ventilation air channels made of coarse soil, concrete blocks or soil concrete [1]
The disadvantages of this solution are the large material consumption of the design and the long stabilization period of the base. In addition, this design is aimed at maintaining the temperature regime through the use of a positive balance of negative annual temperatures.

Наиболее близкой к предлагаемой является дорожная конструкция, решающая задачу уменьшения образования гололеда с одновременным отводом воды из основания земляного полотна. Под дорожной одеждой устраивают щели шириной 20-150 мм с заполнением их сыпучим каменным материалом, при этом дорожная конструкция снабжена патрубками, соединяющими нижние части щелей с вытяжными трубами. Патрубки можно использовать как дренажные трубы, а также как каналы для подачи теплого воздуха в щели [2]
Эта конструкция имеет следующие недостатки:
переувлажнение верха земляного полотна конденсатом, что приводит к пучинообразованию;
слишком узкие щели для обеспечения конвекции воздуха не дают возможность теплому воздуху подниматься вверх, вследствие этого последний удаляется через патрубки и вытяжные трубы, а в щелях находится тяжелый холодный воздух, что приводит к низким эксплуатационным показателям конструкции в целом;
невозможность использования данного решения при реконструкции существующих дорог.Closest to the proposed is the road structure, which solves the problem of reducing the formation of ice with the simultaneous drainage of water from the base of the subgrade. Under the pavement, slits with a width of 20-150 mm are arranged with filling them with loose stone material, while the road structure is equipped with pipes connecting the lower parts of the slots with exhaust pipes. The nozzles can be used as drainage pipes, as well as channels for supplying warm air to the cracks [2]
This design has the following disadvantages:
waterlogging of the top of the subgrade with condensate, which leads to heaving;
too narrow slots to allow air convection do not allow warm air to rise up, as a result of which the latter is removed through nozzles and exhaust pipes, and heavy cold air is in the slots, which leads to low performance indicators of the structure as a whole;
the impossibility of using this solution in the reconstruction of existing roads.

Технической задачей изобретения является стабилизация несущей способности существующих автомобильных дорог в течение всего года за счет создания оптимального водно-теплового режима земляного полотна и дорожной одежды. An object of the invention is the stabilization of the bearing capacity of existing roads throughout the year by creating the optimal water-thermal regime of the subgrade and pavement.

Для этого в известной дорожной конструкции, включающей земляное полотно, дорожную одежду с подстилающим слоем, обочины, вентиляционные каналы, заполненные щебнем и расположенные в теле земляного полотна вдоль оси дороги, и водоотводящие выпуски, вентиляционные каналы выполнены с покрытием из асфальтобетона и расположены под обочинами. При этом каналы снабжены теплоизолирующей прослойкой в виде обоймы, которая устраивается на уровне подстилающего слоя дорожной одежды, противозаиливающим слоем, который огибает нижнюю часть канала до обоймы, причем под обоймой и на дне канала расположена пароизоляция. Кроме того, дорожная конструкция дополнительно снабжена приточно-вытяжными камерами, расположенными за пределами обочин и соединенными с вентиляционными каналами в верхней их части. Водоотводящие выпуски выполнены в виде поглощающих колодцев или асбоцеменных труб. При высоком уровне грунтовых вод на дне каналов могут быть продольно расположены дренажные трубы, а противозаиливающий слой может устраиваться как замкнутым по периметру щебня, так и с открытой верхней частью и выполняться из песка или нетканого синтетического материала. To do this, in the well-known road structure, including subgrade, road pavement with underlay, roadsides, ventilation channels filled with gravel and located in the body of the roadbed along the axis of the road, and drainage outlets, ventilation channels are made of asphalt concrete and are located under the curbs. At the same time, the channels are equipped with a heat-insulating layer in the form of a cage, which is arranged at the level of the underlying layer of pavement, with an anti-silt layer that bends around the lower part of the channel to the cage, and a vapor barrier is located under the cage and at the bottom of the channel. In addition, the road structure is additionally equipped with supply and exhaust chambers located outside the curbs and connected to the ventilation ducts in their upper part. The drainage outlets are made in the form of absorbing wells or asbestos-cement pipes. With a high level of groundwater, drainage pipes can be longitudinally located at the bottom of the canals, and the anti-silo layer can be arranged both closed along the perimeter of the gravel, and with an open upper part and made of sand or non-woven synthetic material.

Такое выполнение дорожной конструкции позволяет производить отвод паровой воды (как источника водонакопления) из рабочей зоны дороги, поддерживать положительную температуру в нижней части рабочей зоны для исключения возникновения пучин в наиболее водонасыщенной части зоны промерзания за счет подпитки естественным теплом земли. This design of the road structure allows the removal of steam water (as a source of water accumulation) from the working area of the road, maintaining a positive temperature in the lower part of the working area to prevent the occurrence of abysses in the most water-saturated part of the freezing zone by feeding the earth with natural heat.

На фиг.1 и 2 показаны два возможных варианта выполнения дорожной конструкции; на фиг.3 колебание суточной температуры воздуха в летний период на поверхности дорожной одежды и по ее глубине с образованием в ней конденсата; на фиг.4 процесс осушения земляного полотна удалением влажного воздуха через вентиляционные каналы, где W влажность земляного полотна; t_кан температура воздуха в канале; Р_кан давление водяных паров в канале; t_з.п. температура в земляном полотне; Р_з.п. давление водяных паров в земляном полотне; на фиг.5 образование конденсата при понижении температуры земляного полотна.Figures 1 and 2 show two possible embodiments of the road structure; figure 3 the fluctuation of the daily air temperature in the summer on the surface of the pavement and along its depth with the formation of condensate in it; figure 4 the process of drying the subgrade by removing moist air through the ventilation ducts, where W is the humidity of the subgrade; _tcan channel air temperature; R _kan water vapor pressure in the channel; t _s.p. temperature in the subgrade; R _s.p. water vapor pressure in the subgrade; figure 5 the formation of condensate when lowering the temperature of the subgrade.

Дорожная конструкция состоит из существующего земляного полотна 1, дорожной одежды 2 с подстилающим слоем 3, обочин 4, водоотводящих выпусков в виде поглощающих колодцев 5 или асбоцементных труб 6, вентиляционных каналов 7, засыпанных щебнем 8, противозаиливающего слоя 9, пароизоляции 10, теплоизолирующей прослойки в виде обоймы 11, асфальтобетонного покрытия 12, расположенного непосредственно над каналами, приточно-вытяжных камер 13. The road structure consists of the existing subgrade 1, road pavement 2 with the underlying layer 3, curbs 4, drainage outlets in the form of absorbing wells 5 or asbestos-cement pipes 6, ventilation ducts 7, covered with crushed stone 8, anti-dust layer 9, vapor barrier 10, heat-insulating layer in in the form of a holder 11, asphalt concrete pavement 12 located directly above the channels, supply and exhaust chambers 13.

Дорожная конструкция устраивается следующим образом. The road structure is arranged as follows.

В теле земляного полотна под обочинами существующей автомобильной дороги в пониженных местах продольного профиля устраивают водоотводящие выпуски в виде поглощающих колодцев путем бурения скважин или асбоцементные трубы, которые укладывают в поперечном направлении к оси дороги. Затем непосредственно под обочинами нарезаются траншеи шириной не менее 0,5 м и на глубину не менее 1,5 м для размещения конструктивных частей вентиляционного канала. Непосредственно после этого производится устройство противозаиливающего слоя из нетканого синтетического материала или крупнозернистого песка, служащего для защиты канала от попадания в него пылеватых и глинистых частиц. Этот слой может выполняться как замкнутым по периметру, так и с открытой верхней частью. Затем укладывается пароизоляция в нижней части канала из рубероида, гидроизола, полиэтиленовой пленки, предназначенная для исключения подпитки канала снизу парами воды, которые поднимаются вверх вместе с теплым воздухом, при необходимости укладывается дренажная продольно расположенная труба для отвода грунтовых вод. Далее производится засыпка вентиляционного канала щебнем прочных пород фракции 40-70 мм до уровня низа песчаного подстилающего слоя, причем в случае применения в качестве противозаиливающего слоя песка укладка щебня производится одновременно с песком. После этого укладывается верхняя пароизоляция, служащая для исключения попадания водонасыщенного воздуха в верхнюю часть вентиляционного канала, что обеспечивает поддержание дорожной одежды в сухом состоянии в течение всего года и тем самым способствует улучшению теплоизоляционных свойств ее конструктивных элементов. По пароизоляции устраивают теплоизолирующую прослойку в виде замкнутой обоймы, заполненной материалами типа шлама, керамзита, пенопласта и обернутой нетканым синтетическим материалом. Прослойка предназначена для сохранения положительной температуры в нижней части канала за счет использования естественного тепла земли. После этого засыпают верхнюю часть вентиляционного канала щебнем прочных пород фракций 40-70 мм, который способствует удалению водонасыщенных паров, образующихся в дорожной одежде за счет перепада суточных температур, и тем самым осушая ее. Поверхность канала закрывается покрытием из плотной асфальтобетонной смеси толщиной 6 см. Данное покрытие предупреждает инфильтрацию поверхностных вод и обеспечивает достаточную герметичность вентиляционных каналов. In the body of the subgrade under the curbs of an existing highway, drainage outlets in the form of absorbing wells are arranged in lower places of the longitudinal profile by drilling wells or asbestos-cement pipes, which are laid in the transverse direction to the axis of the road. Then, directly under the roadsides, trenches with a width of at least 0.5 m and a depth of at least 1.5 m are cut to accommodate the structural parts of the ventilation duct. Immediately after this, the device protects the layer of non-woven synthetic material or coarse sand, which serves to protect the channel from getting dusty and clay particles. This layer can be performed both closed around the perimeter, and with an open upper part. Then a vapor barrier is laid in the lower part of the channel from roofing material, hydroisol, and polyethylene film, designed to prevent the channel from being fed from below with water vapor that rises up along with warm air, and if necessary, a longitudinally laid drainage pipe is laid to drain groundwater. Next, the ventilation duct is filled up with crushed stone of strong rocks of a fraction of 40-70 mm to the level of the bottom of the sandy underlying layer, and if sand is used as an anti-sanding layer, crushed stone is laid simultaneously with sand. After that, the upper vapor barrier is laid, which serves to prevent the entry of water-saturated air into the upper part of the ventilation duct, which ensures that the pavement is kept dry throughout the year and thereby improves the thermal insulation properties of its structural elements. According to the vapor barrier, a heat-insulating layer is arranged in the form of a closed cage filled with materials such as sludge, expanded clay, foam and wrapped in a non-woven synthetic material. The interlayer is designed to maintain a positive temperature in the lower part of the channel due to the use of natural heat of the earth. After that, the upper part of the ventilation duct is covered with crushed stone of strong rocks of fractions 40-70 mm, which helps to remove the water-saturated vapors formed in the pavement due to the difference in daily temperatures, and thereby draining it. The channel surface is covered by a coating of dense asphalt mixture 6 cm thick. This coating prevents the infiltration of surface water and ensures sufficient tightness of the ventilation ducts.

Далее за пределами обочин устраивают приточно-вытяжные камеры, которые располагают в верховых и низовых местах по оси автомобильной дороги и соединяют с вентиляционными каналами в верхней их части. Приточно-вытяжные камеры служат для удаления переувлажненного воздуха из каналов за счет разности высоты их расположения летом и за счет разности температур воздуха в каналах и на поверхности земли в зимний период. При этом зимой используются только камеры, расположенные в верховых местах. Для улучшения удаления переувлажненного воздуха возможна установка в камерах вентиляторов. Further, supply and exhaust chambers are arranged outside the curbs, which are located in the upper and lower places along the axis of the road and connected to the ventilation ducts in their upper part. Supply and exhaust chambers are used to remove waterlogged air from the channels due to the difference in their height in summer and due to the difference in air temperature in the channels and on the ground in winter. In winter, only cameras located in high places are used. To improve the removal of waterlogged air, it is possible to install fans in the chambers.

Процессы, происходящие в теле дорожной конструкции, объясняются следующим образом. The processes occurring in the body of the road structure are explained as follows.

Вследствие большой амплитуды колебаний температуры (фиг.3) на поверхности дорожного покрытия в летний период происходит подпитка водяными парами верхней части дорожной одежды в дневное время с образованием в ней конденсата 14 в ночные часы, который, опускаясь, переувлажняет верхнюю часть земляного полотна даже при отсутствии близкого расположения грунтовых вод. Особенно это опасно в предзимний период перед началом промерзания, что приводит к короблению дорожной одежды с ухудшением ровности покрытия. Due to the large amplitude of temperature fluctuations (Fig. 3) on the surface of the pavement in summer, water vapor is fed into the upper part of the pavement in the daytime with the formation of condensate 14 therein at night, which, dropping, over-moistens the upper part of the subgrade even in the absence of the proximity of groundwater. This is especially dangerous in the winter before the freezing, which leads to warping of the pavement with deterioration of the evenness of the coating.

Для ликвидации отрицательных последствий переувлажнения верха земляного полотна служат вентиляционные каналы, которые уменьшают амплитуду колебаний температуры и служат для удаления водонасыщенных паров за счет разности их давлений (фиг.4) с предупреждением образования конденсата. При этом интенсивность смены воздуха в каналах определяется разностью расположения приточно-вытяжных камер по высоте и сезонности года. Так, при dP<0,t_Кан<t_з.п. необходимо закрывать низовые камеры на зимний период и утеплять выход верховых.To eliminate the negative consequences of waterlogging at the top of the subgrade, ventilation ducts are used that reduce the amplitude of temperature fluctuations and serve to remove water-saturated vapors due to the difference in their pressures (Fig. 4) with the prevention of condensation. Moreover, the intensity of air changes in the channels is determined by the difference in the location of the supply and exhaust chambers in height and seasonality of the year. So, for dP <0, t _Kan <t _s.p. it is necessary to close the lower chambers for the winter period and insulate the output of the horse.

По мере промерзания дорожной одежды (фиг.5) под зоной 15 промерзания образуется зона перехода воды из парообразного состояния в жидкое, т.е. происходит снижение парового давления, что приводит к последующему его увеличению, и так до насыщения конденсатом пустот в теле земляного полотна, образованных ледообразованием предшествующих периодов. Для исключения отрицательных последствий переувлажнения земляного полотна в зимний период служат вентиляционные каналы, которые обеспечивают прием конденсата, насыщенного водяными парами воздуха, а также уменьшение глубины промерзания за счет использования тепла земли. As the pavement freezes (Fig. 5), under the freezing zone 15, a zone of water transition from a vapor to a liquid state is formed, i.e. there is a decrease in steam pressure, which leads to its subsequent increase, and so on until the condensate saturates the voids in the body of the subgrade formed by the ice formation of previous periods. To eliminate the negative consequences of waterlogging of the subgrade in the winter, ventilation ducts are used that provide the reception of condensate saturated with water vapor, as well as reducing the depth of freezing due to the use of heat from the earth.

Применение предлагаемой дорожной конструкции позволяет:
в кратчайшие сроки восстановить высокие транспортно-эксплуатационные характеристики автомобильных дорог на длительный период времени;
снизить последующие эксплуатационные затраты;
увеличить несущую способность (модуля упругости) дорожной одежды, что обеспечивает пропуск автомобильного транспорта с большими нагрузками на ось, и исключить закрытие дорог в зимне-весенний период,
производить капитальный ремонт и в случае необходимости уменьшить уровень загрузки автомобильной дороги со значительно меньшими затратами;
снизить стоимость восстановления дорожного покрытия после устройства вентилируемой дорожной одежды по сравнению со стандартными методами (с учетом срока службы).The application of the proposed road structure allows you to:
as soon as possible to restore the high transport and operational characteristics of roads for a long period of time;
reduce subsequent operating costs;
to increase the bearing capacity (elastic modulus) of the pavement, which ensures the passage of vehicles with high axle loads, and to exclude the closure of roads in the winter-spring period,
make major repairs and, if necessary, reduce the level of load on the road with significantly lower costs;
reduce the cost of restoration of the pavement after the installation of ventilated pavement in comparison with standard methods (taking into account the service life).

Claims

1. ROAD CONSTRUCTION, including subgrade, road pavement with underlay, roadsides, ventilation channels filled with crushed stone and located in the body of the subgrade along the axis of the road, and drainage outlets, characterized in that the ventilation channels are made with asphalt concrete coating, located under curbs and equipped with a heat-insulating layer in the form of a cage, located at the level of the underlying layer of sand, anti-silica layer, enveloping the lower part of the channel to the cage, and vapor barrier, which is located It is laid under the cage and at the bottom of the canal, while the road structure is additionally equipped with supply and exhaust chambers located outside the curbs and connected to the ventilation ducts in their upper part, and the drainage outlets are made in the form of absorbing wells or asbestos-cement pipes.

2. The construction according to p. 1, characterized in that the anti-silica layer is made of sand or non-woven synthetic material and is located along the perimeter of the ventilation duct or along the perimeter of the duct with an open upper part.

3. The construction according to claim 1, characterized in that the ventilation ducts at a high level of groundwater are additionally provided with longitudinally arranged drainage pipes installed in the lower part of the ducts on the anti-silo layer.

4. The design according to claim 1, characterized in that the supply and exhaust chambers are equipped with fans.