RU2747181C1 - Method for creating support structure of pavement - Google Patents

Method for creating support structure of pavement Download PDF

Info

Publication number
RU2747181C1
RU2747181C1 RU2020124968A RU2020124968A RU2747181C1 RU 2747181 C1 RU2747181 C1 RU 2747181C1 RU 2020124968 A RU2020124968 A RU 2020124968A RU 2020124968 A RU2020124968 A RU 2020124968A RU 2747181 C1 RU2747181 C1 RU 2747181C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
blocks
osteomorphic
laid
concrete
Prior art date
Application number
RU2020124968A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Юрьевич Пиирайнен
Владимир Юрьевич Бажин
Виктор Маевич Денисов
Константин Николаевич Ковальчук
Юрий Викторович Рябкин
Андрей Владимирович Тимофеев
Нагапет Амирханович Устян
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет»
Общество с Ограниченной Ответственностью «Флагман Гео»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет», Общество с Ограниченной Ответственностью «Флагман Гео» filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет»
Priority to RU2020124968A priority Critical patent/RU2747181C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2747181C1 publication Critical patent/RU2747181C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01CCONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C3/00Foundations for pavings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Road Paving Structures (AREA)

Abstract

FIELD: road construction.SUBSTANCE: invention relates to the field of road construction and can be used in new construction or repair of highways, runways of airfields, helicopter and other sites on soft soils in wetlands, as well as on shifting sandy soils of deserts and sea coasts. The method of creating the support structure of the pavement includes an incremental-phased installation of layers of pavement. According to the method, the first stage presupposes that a base layer is laid on the ground, on top of which a layer is applied in the form of a segmented non-monolithic assembly of osteomorphic blocks with convex-concave surfaces made of lightweight foam concrete, on which road surface is then laid. The lower base layer is laid on a drainage base made of geotextile. Another separating drainage layer made of geotextile is laid between the supporting base, which is made of high-strength cellular polymer concrete, and a segmented non-monolithic layer made of concrete osteomorphic blocks with convex-concave surfaces. Then the second segmented non-monolithic layer of osteomorphic blocks with convex-concave surfaces is mounted. This layer is made of polymer material. The blocks are connected to each other according to the principle of topological self-interlocking. Monitoring sensors are installed inside the layer.EFFECT: creation of a road surface of increased strength and durability in conditions of soft soils and permafrost.1 cl, 8 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано при новом строительстве или проведении ремонта автомобильных дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов, вертолетных и иных площадок, в условиях слабых грунтов на заболоченных территориях, а также на подвижных песчаных грунтах пустынь и морских побережий.The invention relates to the field of road construction and can be used for new construction or repair of highways, runways of airfields, helicopter and other sites, in conditions of soft soils in wetlands, as well as on moving sandy soils of deserts and sea coasts.

Известен способ устройства дорожного покрытия (патент на изобретение РФ № 2318947, опубл. 10.03.2008г.), включающий укладку на дорожное основание комбинированного трещинопрерывающего слоя, в состав которого введена эластичная мембрана, а поверх нее - армирующая геосетка высокой прочности, и последующую укладку поверх комбинированного трещинопрерывающего слоя несущего покрытия, выполненного из асфальтобетонной смеси. Укладку комбинированного трещинопрерывающего слоя производят на предварительно подготовленное дорожное основание, подготовка которого предусматривает его деление на ряд отдельных составленных элементов как по длине, так и по ширине, с последующим их уплотнением и посадкой на грунт земляного полотна, а в качестве эластичной мембраны в состав комбинированного трещинопрерывающего слоя введен выравнивающий слой, состоящий из асфальтобетонной смеси с комплексным органическим вяжущим, состав которого подбирают в соответствии с температурой хрупкости, равной минимальной температуре наиболее холодных суток района эксплуатации, при этом армирующая геосетка изготовлена из стекломатериала, обладающего низкой степенью деформативности, близкой к деформативности несущего покрытия. Подготовку дорожного основания при новом строительстве или при незначительной степени разрушения старого дорожного покрытия осуществляют в виде деления на блоки с размерами сторон 1,5 - 2,5 м. При сильной же степени разрушения старого дорожного покрытия подготовку дорожного основания осуществляют в виде деления его на фрагменты с размерами элементов 200 - 250 мм.There is a known method of road surface construction (patent for invention of the Russian Federation No. 2318947, publ. 03/10/2008), including laying on the road base a combined crack-breaking layer, which includes an elastic membrane, and on top of it - a reinforcing geogrid of high strength, and subsequent laying on top a combined fracture-interrupting layer of a bearing coating made of an asphalt concrete mixture. The combined crack-breaking layer is laid on a pre-prepared road base, the preparation of which provides for its division into a number of separate composed elements both in length and width, followed by their compaction and landing on the ground of the subgrade, and as an elastic membrane in the composition of the combined crack-breaking layer, a leveling layer was introduced, consisting of an asphalt concrete mixture with a complex organic binder, the composition of which is selected in accordance with the brittleness temperature, equal to the minimum temperature of the coldest days of the operation area, while the reinforcing geogrid is made of glass material with a low degree of deformability, close to the deformability of the bearing coating ... The preparation of the road base for new construction or with a slight degree of destruction of the old road surface is carried out in the form of dividing into blocks with side sizes of 1.5 - 2.5 m.With a strong degree of destruction of the old road surface, the preparation of the road base is carried out in the form of dividing it into fragments with element sizes 200 - 250 mm.

Недостатками способа является не равномерное распределение демпфирующей нагрузки на основание дорожной одежды, а также необходимость его уплотнения, которое негативно воздействует на грунты слабого основанияThe disadvantages of this method are the uneven distribution of the damping load on the base of the pavement, as well as the need for its compaction, which negatively affects the soils of a weak base

Известен способ возведения дорожной одежды (патент на изобретение РФ № 2351702, опубл. 10.04.2009г.), включающий трехстадийную укладку слоев одежды и заключающийся в том, что на первой стадии на грунт насыпи укладывают верхнюю часть земляного полотна из улучшенного устойчивого грунта, состоящего из смеси песка, золошлаков, отходов угледобычи и шлакощелочного вяжущего, содержащего фибру. На второй стадии поперек дороги укладывают два слоя полимерного полотна с напуском кромок одна на другую, после чего укладывают один или два слоя основания из фибробетона повышенной прочности на шлакощелочном вяжущем, на поверхность которого наносят тонкий слой износостойкого бетона с последующим выполнением на его поверхности шероховатой накатки, после чего на завершающей стадии производят укладку двухслойного покрытия, которое покрывают тонким слоем износа из раствора, содержащего золоминеральную смесь и шлакощелочное вяжущее, для устранения шероховатости дороги.There is a known method for the construction of road pavements (patent for invention of the Russian Federation No. 2351702, publ. 10.04.2009), including a three-stage laying of layers of clothing and consisting in the fact that at the first stage, the upper part of the roadbed made of improved stable soil, consisting of mixtures of sand, ash and slag, coal mining waste and slag-alkali binder containing fiber. At the second stage, two layers of a polymer canvas are laid across the road with overlapping edges one on top of the other, after which one or two layers of a base made of fiber-reinforced concrete of increased strength are laid on a slag-alkaline binder, on the surface of which a thin layer of wear-resistant concrete is applied, followed by a rough knurling on its surface, after that, at the final stage, a two-layer coating is laid, which is covered with a thin layer of wear from a solution containing an ash-mineral mixture and a slag-alkaline binder to eliminate the roughness of the road.

Недостатками способа является неравномерное распределение демпфирующей нагрузки на основание дорожной одежды, а также низкая прочность и долговечность дорожного покрытия в условиях слабых грунтов и многолетней мерзлоты.The disadvantages of this method are the uneven distribution of the damping load on the base of the pavement, as well as the low strength and durability of the pavement in conditions of weak soils and permafrost.

Известен способ возведения дорожной одежды (патент на изобретение Республики Казахстан №22792, опубл. 16.08.2010г.), при котором основание из грунта, песка и/или щебня, покрывают геотекстильным полотном из нетканого материала, на которое наносят несущий слой, края полотна заворачивают вверх, образуя несущий каркас и размещают на нем геомембрану из полимерной пленки, на которую укладывают плиты со сквозными каналами и связывают их между собой в секции арматурным тросом с помощью крепежных элементов, при этом в верхней части некоторых плит предварительно выполняют отверстия, сообщенные с каналами, для натяжения и стыковки арматурного троса.There is a known method of erecting pavement (patent for invention of the Republic of Kazakhstan No. 22792, publ. 16.08.2010), in which the base of soil, sand and / or crushed stone is covered with a geotextile cloth made of nonwoven material, on which a carrier layer is applied, the edges of the cloth are wrapped upward, forming a supporting frame and placing on it a geomembrane made of a polymer film, on which plates with through channels are laid and connected to each other in a section with a reinforcing cable using fasteners, while in the upper part of some plates, holes are preliminarily made, connected to the channels, for tensioning and joining the reinforcing cable.

Данный способ не обеспечивает существенного повышения прочности и долговечности дороги в условиях слабых грунтов и вечной мерзлоты. Кроме того, он предусматривает использование для формирования основания дороги обычных, но часто труднодоступных материалов (грунт, песок, гравий, щебень и проч.), которые, к тому же, не в полной степени обеспечивают возведение дорожного покрытия, равномерно распределяющего и демпфирующего нагрузку на основание дорожной одежды, и не проявляет устойчивости к размыванию и подтоплению, являющимися существенными факторами разрушения дорог в условиях слабых грунтов и вечной мерзлоты.This method does not provide a significant increase in the strength and durability of the road in conditions of soft soil and permafrost. In addition, it provides for the use of conventional, but often difficult to access materials (soil, sand, gravel, crushed stone, etc.) to form the road base, which, moreover, do not fully ensure the construction of a road surface that evenly distributes and dampens the load on the base of the pavement, and does not show resistance to erosion and flooding, which are significant factors in the destruction of roads in conditions of weak soils and permafrost.

Известен способ возведения дорожной одежды (материалы V-й Международной научно-практической конференции «Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: IPDME-2017». В.Ю. Пиирайнен, Ю. Эстрин. Новая концепция дорожного строительства в нефтедобывающих районах Западной Сибири. СПб: Санкт-Петербургский горный университет, 23-24 апреля 2017 г. с.,), принятый за прототип. По которому осуществляется послойное формирование дорожной одежды из: водонепроницаемой прорезиненной рулонной подложки, служащей несущим основанием; опорного слоя из легких строительных материалов, например пенобетона; и асфальтобетонного или иного дорожного покрытия, уложенного на вышеописанное опорное основание. Опорный слой представляет собой немонолитную сборку из отдельных остеоморфных блоков с выпукло-вогнутыми поверхностями, пропитанный резиноподобным материалом, например битумом.There is a method of erecting pavements (materials of the V-th International Scientific and Practical Conference "Innovations and Prospects for the Development of Mining Engineering and Electromechanics: IPDME-2017". V. Yu. Piirainen, Yu. Estrin. A new concept of road construction in oil-producing regions of Western Siberia. St. Petersburg: St. Petersburg Mining University, April 23-24, 2017 p.,), Taken as a prototype. According to which the layer-by-layer formation of the road pavement is carried out from: waterproof rubberized roll substrate, which serves as a load-bearing base; a backing layer made of lightweight building materials, such as aerated concrete; and an asphalt or other road surface laid on the above-described abutment base. The support layer is a non-monolithic assembly of separate osteomorphic blocks with convex-concave surfaces, impregnated with a rubber-like material, such as bitumen.

К недостаткам данного способа следует отнести формирование одного опорного слоя из отдельных остеоморфных блоков, принимающего на себя и распределяющего, как внутреннюю вертикальную нагрузку со стороны грунта, так и внешнюю вертикальную нагрузку и напряжения сдвига со стороны проезжающего автотранспорта и температурных колебаний окружающей среды, что исключает, в случае необходимости, надежную эксплуатацию встроенных в него датчиков мониторинга текущего состояния дороги в режиме реального времени, и соответственно, реализацию концепции «умной дороги». The disadvantages of this method include the formation of one support layer from separate osteomorphic blocks, which takes over and distributes both the internal vertical load from the soil and the external vertical load and shear stress from the side of passing vehicles and temperature fluctuations of the environment, which excludes, if necessary, reliable operation of built-in sensors for monitoring the current state of the road in real time, and, accordingly, the implementation of the "smart road" concept.

Техническим результатом предлагаемого решения является создание дорожного покрытия повышенной прочности и долговечности в условиях слабых грунтов и многолетней мерзлоты.The technical result of the proposed solution is the creation of a road surface of increased strength and durability in conditions of soft soils and permafrost.

Технический результат достигается тем, что нижний несущий слой укладывают на дренажное основание из геотекстиля, а между несущим основанием, которое выполнено из высокопрочного ячеистого полимербетона и сегментированным немонолитным слоем из бетонных остеоморфных блоков с выпукло-вогнутыми поверхностями прокладывают еще один разделительный дренажный слой из геотекстиля, далее монтируеют второй сегментированный немонолитный слой из остеоморфных блоков с выпукло-вогнутыми поверхностями, который выполнен из полимерного материала, блоки соединены друг с другом по принципу топологического самозацепления, внутри слоя устанавливают датчики мониторинга. В качестве датчиков мониторинга используют датчики изгиба поверхности, датчики температуры, датчики давления, датчики влажности, датчики гамма-фона.The technical result is achieved by the fact that the lower bearing layer is laid on a drainage base made of geotextile, and between the bearing base, which is made of high-strength cellular polymer concrete and a segmented non-monolithic layer of concrete osteomorphic blocks with convex-concave surfaces, another separating drainage layer of geotextile is laid, then a second segmented non-monolithic layer of osteomorphic blocks with convex-concave surfaces is mounted, which is made of polymeric material, the blocks are connected to each other according to the principle of topological self-interlocking, monitoring sensors are installed inside the layer. Surface bending sensors, temperature sensors, pressure sensors, humidity sensors, gamma background sensors are used as monitoring sensors.

Способ поясняется следующими фигурами:The method is illustrated by the following figures:

фиг. 1 - схема расположения слоев дорожной одежды;fig. 1 is a diagram of the arrangement of the layers of the pavement;

фиг. 2 - внешний вид слоя из топологически самозацепленных сегментированных остеоморфных блоков;fig. 2 - the appearance of a layer of topologically self-interlocking segmented osteomorphic blocks;

фиг. 3 - график зависимости глубины колеи от количества циклов приложенной нагрузки в дорожном полотне;fig. 3 is a graph of the dependence of the track depth on the number of cycles of the applied load in the roadway;

фиг. 4 - экспериментальная сэндвич-сборка, сегментированная; fig. 4 - experimental sandwich assembly, segmented;

фиг. 5 - экспериментальная сэндвич-сборка, монолитно-сегментированная;fig. 5 - experimental sandwich assembly, monolithic-segmented;

фиг. 6 - схема разворота инклинометров при подъеме/просадке слоя дорожной одежды;fig. 6 is a diagram of inclinometer turn during the rise / fall of the pavement layer;

фиг. 7 - блок-схема применение геосинтетиков при выполнении дорожных работ, где: fig. 7 is a block diagram of the use of geosynthetics when performing road works, where:

1 - грунт;1 - soil;

2 - разделительный дренажный слой;2 - separating drainage layer;

3 - несущее основание;3 - bearing base;

4 - слой остеоморфных бетонных блоков;4 - a layer of osteomorphic concrete blocks;

5 - слой остеоморфных пластиковых блоков;5 - a layer of osteomorphic plastic blocks;

6 - дорожное покрытие;6 - road surface;

7 - опалубка;7 - formwork;

8 - измерительные датчики;8 - measuring sensors;

фиг. 8 - приведены результаты расчетов при концентрированной нагрузке в центре экспериментальной сборки трех вариантов геометрии.fig. 8 shows the results of calculations with a concentrated load in the center of the experimental assembly of three geometry options.

Способ возведения дорожной одежды включает поэтапную укладку слоев одежды. На первом этапе на грунт 1 (фиг. 1) укладывают разделительный дренажный слой 2 из геотекстиля. На этот слой укладывают несущее основание 3 дорожной одежды которое выполнено из композиционного ячеистого бетона. Следом укладывают еще один разделительный дренажный слой 2. Далее укладывают опорный слой из остеоморфных бетонных блоков 4. Поверх слоя остеоморфных бетонных блоков 4 укладывают еще один опорный слой из остеоморфных пластиковых блоков 5. Сверху укладывают дорожное покрытие 6 (фиг. 1).The method of erecting a pavement includes a step-by-step laying of layers of clothing. At the first stage, a separating drainage layer 2 of geotextile is laid on the soil 1 (Fig. 1). On this layer, the supporting base 3 of the pavement is laid, which is made of composite aerated concrete. Next, lay another separating drainage layer 2. Next, lay a support layer of osteomorphic concrete blocks 4. On top of the layer of osteomorphic concrete blocks 4, lay another support layer of osteomorphic plastic blocks 5. On top, lay a pavement 6 (Fig. 1).

Разделительный дренажный слой 2 представляет собой тканное полотно из синтетического геотекстиля, препятствующего проникновению влаги в тело дорожной одежды со стороны грунта, и одновременно дренирующего верхние слои дорожной одежды от влаги, поступающей из внешней среды.The separating drainage layer 2 is a woven fabric made of synthetic geotextile that prevents moisture from penetrating into the body of the pavement from the ground, and at the same time drains the upper layers of the pavement from moisture coming from the external environment.

Несущее основание 3 дорожной одежды представляет собой монолитный слой изготавливаемый из обладающего высокой прочностью и низким объемным весом композиционного ячеистого бетона, который заливается на разделительный дренажный слоем 2, с применением легкой пластмассовой опалубки 7, и не требует уплотнения, воздействие которого на слабый грунт имеет негативное воздействие. Толщина этого слоя зависит от планируемых нагрузок и рассчитывается на этапе проектирования. В среднем толщина составляет от 0,3 до 0,5 м. Расчеты дорожных конструкций с типовыми нагрузками показывают, что эквивалентный слой из композиционного ячеистого бетона имеет прочность в 3 - 4 раза больше, чем слой той же толщины из сыпучих материалов (песок, гравий, щебень).The load-bearing base 3 of the pavement is a monolithic layer made of composite cellular concrete with high strength and low volumetric weight, which is poured onto the separating drainage layer 2, using lightweight plastic formwork 7, and does not require compaction, the effect of which on soft soil has a negative effect ... The thickness of this layer depends on the planned loads and is calculated at the design stage. On average, the thickness is from 0.3 to 0.5 m.Calculations of road structures with typical loads show that an equivalent layer of composite aerated concrete has a strength 3 - 4 times greater than a layer of the same thickness made of bulk materials (sand, gravel , crushed stone).

Слой остеоморфных бетонных блоков 4 играет роль основного опорного слоя, который монтируется из топологически самозацепленных остеоморфных бетонных блоков (фиг. 2), уложенных по принципу самозаклинки в конвенционных технологиях создания дорожной одежды. Слой остеоморфных бетонных блоков 4 принимает на себя нагрузку и снимает напряжения, передаваемые ему от несущего основания 3, которые воздействуют со стороны грунта в результате его вспучивания. Слой остеоморфных бетонных блоков 4 является одновременно несущим основанием для слоя остеоморфных пластиковых блоков 5, который принимает и демпфирует нагрузку от двигающегося транспорта и от наружных температурных изменений. Слой остеоморфных пластиковых блоков 5 монтируется аналогично слою остеоморфных бетонных блоков 4 по принципу топологическического самозацепления.The layer of osteomorphic concrete blocks 4 plays the role of the main support layer, which is assembled from topologically self-interlocking osteomorphic concrete blocks (Fig. 2), laid on the principle of self-interlocking in conventional pavement technologies. The layer of osteomorphic concrete blocks 4 takes on the load and relieves the stresses transmitted to it from the supporting base 3, which act from the side of the soil as a result of its swelling. The layer of osteomorphic concrete blocks 4 is at the same time a supporting base for the layer of osteomorphic plastic blocks 5, which receives and dampens the load from moving vehicles and from external temperature changes. The layer of osteomorphic plastic blocks 5 is mounted similarly to the layer of osteomorphic concrete blocks 4 according to the principle of topological self-engagement.

Слой остеоморфных бетонных блоков 4 и слой остеоморфных пластиковых блоков 5 представляют собой немонолитную сегментированную конструкцию из архиматов, то есть материалов с заданной внутренней архитектурой, на масштабном уровне большем, чем микроструктурный. Важным свойством материалов данного класса и конструкций, изготовленных из них, являются их немонолитность и сегментированная структура, которая состоит из отдельных блоков определенной формы, ориентированных по отношению друг к другу особым образом. К ним относятся остеоморфные блоки, самозацепление которых обеспечивается за счет выпукло-вогнутой формы их контактных поверхностей, соединение блоков друг с другом происходит по принципу топологического самозацепления. Геометрия блоков при этом такова, что после их сборки ни один из множества элементарных блоков извлечь из конструкции невозможно, а благодаря «мозаичности» материала существенно увеличивается его сопротивляемость разрушению. По сути, возникает самозаклинивание отдельных элементов конструкции аналогично сборке арок и куполов из кирпичей с конусными поверхностями, с той лишь разницей, что в случае сборки из остеоморфных блоков заклинивание происходит одновременно во всех направлениях. Это свойство играет ключевую роль в конструкции дорожной одежды, так как позволяет создавать слои, достаточно жесткие в нескольких плоскостях, выдерживающие многократные динамические нагрузки от движения автотранспорта и циклического вспучивания грунтов.The layer of osteomorphic concrete blocks 4 and the layer of osteomorphic plastic blocks 5 represent a non-monolithic segmented structure of archimates, that is, materials with a given internal architecture, at a larger scale than the microstructural one. An important property of materials of this class and structures made from them is their non-monolithic nature and segmented structure, which consists of separate blocks of a certain shape, oriented in relation to each other in a special way. These include osteomorphic blocks, self-interlocking of which is ensured due to the convex-concave shape of their contact surfaces; the blocks are connected to each other according to the principle of topological self-interlocking. The geometry of the blocks is such that after their assembly, none of the many elementary blocks can be removed from the structure, and due to the "mosaic" of the material, its resistance to destruction is significantly increased. In fact, self-wedging of individual structural elements occurs similarly to the assembly of arches and domes from bricks with tapered surfaces, with the only difference that in the case of assembly from osteomorphic blocks, wedging occurs simultaneously in all directions. This property plays a key role in the construction of the pavement, as it allows you to create layers that are sufficiently rigid in several planes, withstanding repeated dynamic loads from vehicle traffic and cyclic heaving of soils.

В слой остеоморфных пластиковых блоков 5 в определенном порядке встроены самостоятельные или объединенные в группы измерительные датчики 8, например, датчики угла изгиба поверхности (инклинометры) и/или датчики температуры, и/или датчики давления, и/или датчик влажности, и/или датчик гамма-фона и другие. При этом датчики 8 могут быть объединены в группы, содержащие несколько измерительных датчиков разного назначения. Датчики 8 могут быть выполнены в едином корпусе, запитываться от аккумулятора, заряда которого хватает на обеспечение работы в течение, например, 10 лет. Углы наклона слоя остеоморфных пластиковых блоков 5 измеряются с точностью до 0.1 углового градуса, температура - с точностью до одного градуса С, давление - с точностью 10% от номинального, установленного для данных условий эксплуатации, влажность - с точностью 5% от номинальной, установленной для данных условий эксплуатации, уровень гамма-фона - с точностью 20% от номинального, установленного для данных условий эксплуатации. Данные измерений передаются в систему мониторинга трассы по беспроводному каналу связи, построенному на основе протокола LoRaWAN. Система датчиков 8 встраивается в слой остеоморфных пластиковых блоков 5 на этапе его укладки и не подлежит ремонту, сохраняя работоспособность на протяжении не менее 10 лет, по истечение которых слой остеоморфных пластиковых блоков 5 может быть заменен в рамках планового ремонта дорожной одежды. Инсталляция каждого корпуса датчиков 8 производится в специальные пазы, которые предварительно создаются в группе смежных элементов слоя остеоморфных пластиковых блоков 5. Измерения, снимаемые с распределенной системы датчиков 8, позволяют на постоянной основе удаленно контролировать состояние дорожной одежды на всем протяжении дорожного полотна или многофункционального покрытия. В тех местах полотна, где измеренные показатели выходят за априорно установленные границы, производится оперативный осмотр с возможностью реконструкции проблемной части дорожной одежды. Важно и то, что слой остеоморфных пластиковых блоков 5 сохраняет свои свойства даже в том случае, если часть элементарных блоков ее конструкции по какой-либо причине будет разрушена.In the layer of osteomorphic plastic blocks 5, independent or combined in groups of measuring sensors 8, for example, surface bending angle sensors (inclinometers) and / or temperature sensors, and / or pressure sensors, and / or a humidity sensor, and / or a sensor are built in a certain order gamma background and others. In this case, the sensors 8 can be combined into groups containing several measuring sensors for different purposes. Sensors 8 can be made in a single housing, powered by a battery, the charge of which is enough to ensure operation for, for example, 10 years. The angles of inclination of the layer of osteomorphic plastic blocks 5 are measured with an accuracy of 0.1 angular degree, temperature - with an accuracy of one degree C, pressure - with an accuracy of 10% of the nominal set for these operating conditions, humidity - with an accuracy of 5% of the nominal set for given operating conditions, the level of gamma background - with an accuracy of 20% of the nominal, established for these operating conditions. The measurement data is transmitted to the track monitoring system via a wireless communication channel based on the LoRaWAN protocol. The sensor system 8 is built into the layer of osteomorphic plastic blocks 5 at the stage of its laying and cannot be repaired, retaining its operability for at least 10 years, after which the layer of osteomorphic plastic blocks 5 can be replaced as part of the planned repair of the pavement. Installation of each sensor body 8 is performed in special grooves that are pre-created in a group of adjacent elements of the layer of osteomorphic plastic blocks 5. Measurements taken from the distributed system of sensors 8 allow on a permanent basis to remotely monitor the condition of the pavement along the entire length of the roadway or multifunctional pavement. In those parts of the roadway where the measured indicators go beyond the a priori established boundaries, an operational inspection is carried out with the possibility of reconstructing the problem part of the pavement. It is also important that the layer of osteomorphic plastic blocks 5 retains its properties even if some of the elementary blocks of its structure are destroyed for any reason.

Слой остеоморфных пластиковых блоков 5 изготавливается из высокопрочного полимерного материала и является сменным. Этот слой служит для первичного распределения нагрузки от движения транспорта и является слоем, который может меняться в процессе ремонта дорог или многофункциональных площадок.The layer of osteomorphic plastic blocks 5 is made of high-strength polymer material and is replaceable. This layer serves for the primary distribution of traffic loads and is a layer that can change during the repair of roads or multifunctional sites.

Суммарная толщина слоя остеоморфных бетонных блоков 4 и слоя остеоморфных пластиковых блоков 5 варьируется в зависимости от планируемой нагрузки на дорогу и может составлять от 0,10 до 0,15 м. Толщина должна быть достаточной для выдерживания и распределения максимального веса транспортных средств, которым будет разрешено пользоваться дорогой. Элементарные блоки слоя остеоморфных бетонных блоков 4 и слоя остеоморфных пластиковых блоков 5 изготавливаются методом 3Д-печати.The total thickness of the layer of osteomorphic concrete blocks 4 and the layer of osteomorphic plastic blocks 5 varies depending on the planned load on the road and can be from 0.10 to 0.15 m.The thickness must be sufficient to support and distribute the maximum weight of vehicles that will be allowed use the road. The elementary blocks of the layer of osteomorphic concrete blocks 4 and the layer of osteomorphic plastic blocks 5 are made by 3D printing.

Дорожное покрытие 6, например, из асфальтобетона предназначено для непосредственного контакта с колесами транспортных средств или иных источников статической или динамической нагрузки, является сменным слоем, подлежащим плановой замене или локальному восстановлению. Верхний слой асфальтобетона должен быть не менее 0,05 м и может достигать 0,13 - 0,15 м в зависимости от планируемых нагрузок на дорогу.The road surface 6, for example, made of asphalt concrete, is intended for direct contact with the wheels of vehicles or other sources of static or dynamic load, is a removable layer subject to planned replacement or local restoration. The top layer of asphalt concrete must be at least 0.05 m and can reach 0.13 - 0.15 m, depending on the planned loads on the road.

Способ поясняется следующими примерами. Примером эффективного применения дренажного слоя, используемого в предлагаемом решении, может служить схема применение геосинтетиков при выполнении дорожных работ (фиг. 7), а также график зависимости глубины колеи от количества циклов приложенной нагрузки в дорожном полотне, армированномThe method is illustrated by the following examples. An example of the effective use of the drainage layer used in the proposed solution is diagram of the use of geosynthetics when performing road works (Fig. 7), as well as a graph of the dependence of the track depth on the number of cycles of the applied load in the roadbed, reinforced

геосинтетическим материалом (фиг.3). Геосинтетики прекрасно справляются с задачей увеличения срока службы дорожного покрытия. geosynthetic material (figure 3). Geosynthetics do an excellent job of extending pavement life.

Проверка концептуальной идеи осуществлялась на макете основания дорожной одежды, собранного из бетонных и полистирольных блоков в единую слоенную конструкцию, пропитанную резиноподобным полимерным материалом.The conceptual idea was tested on a mock-up of the base of the pavement assembled from concrete and polystyrene blocks into a single layered structure impregnated with a rubber-like polymer material.

Разработка сегментов экспериментальной конструкции осуществлялась методом компьютерного моделирования. В программе AutoCAD с трехмерной системой автоматизированного проектирования велись поиск и построение моделей топологических самозацепляющихся блоков, которые «собирались» далее в трехслойное полотно, закрепленное по краям фиксирующей рамкой. Всего было рассмотрено и построено четыре вида математических моделей элементарных блоков: два - типа LEGO и по одному - тела Платона и остеоморфные блоки.The development of the segments of the experimental design was carried out using the method of computer simulation. In the AutoCAD program with a three-dimensional computer-aided design system, the search and construction of models of topological self-interlocking blocks were carried out, which were "assembled" further into a three-layer canvas, fixed at the edges with a fixing frame. In total, four types of mathematical models of elementary blocks were considered and built: two - of the LEGO type and one each - Plato's bodies and osteomorphic blocks.

Далее трехслойные сборки из этих блоков проверялись на свойства механики деформируемого твердого тела в программной системе конечно-элементарного анализа ANSYS. Одновременно для сравнения рассчитывалась идентичная монолитная конструкция. Каждая сборка сопоставлялась по трем вариантам расчета:Further, three-layer assemblies from these blocks were checked for the properties of solid mechanics in the ANSYS finite element analysis software system. At the same time, an identical monolithic structure was calculated for comparison. Each assembly was compared according to three calculation options:

- равномерно распределенная нагрузка (20 тонн) по всей плоскости исследуемой сборки;- evenly distributed load (20 tons) over the entire plane of the assembly under study;

- концентрированная нагрузка (20 тонн) в центре исследуемой сборки;- concentrated load (20 tons) in the center of the assembly under study;

- кручению относительно центра торцевой грани по часовой стрелки (крутящий момент - 200 кН).- clockwise torsion relative to the center of the end face (torque - 200 kN).

В качестве материалов сборки для расчетов были выбраны газобетон и пенополистирол, которые, в той или иной степени, уже используются в дорожном строительстве и наиболее подходят для сравнительных экспериментов.Aerated concrete and expanded polystyrene were chosen as assembly materials for calculations, which, to one degree or another, are already used in road construction and are most suitable for comparative experiments.

Первые результаты расчетов показали однозначное преимущество сэндвич-конструкций перед монолитом, а остеоморфная сборка при этом (фиг. 2) оказалась наиболее прочной, в связи с чем она была выбрана для последующей оптимизации размеров блоков и дальнейшего макетирования.The first calculation results showed a clear advantage of the sandwich structures over the monolith, while the osteomorphic assembly (Fig. 2) turned out to be the most durable, and therefore it was chosen for the subsequent optimization of the block sizes and further prototyping.

Поиск и построение выпукло-вогнутой формы остеоморфного блока выполнялся с помощью элементарных команд программы AutoCAD в соответствии с условиями последовательного самозацепления при сборке.The search and construction of the convex-concave shape of the osteomorphic block was carried out using elementary commands of the AutoCAD program in accordance with the conditions of sequential self-engagement during assembly.

Для выбора оптимальной геометрии сборочного элемента(блока) были рассмотрены различные варианта соотношения размеров по осям координат, один из которых в горизонтальной плоскости соответствовал «золотому сечению» (2,0х1.2258х1,0). Именно этот вариант показал при расчетах наилучший результат. На фиг. 8 приведены результаты расчетов при концентрированной нагрузке в центре экспериментальной сборки трех вариантов геометрии.To select the optimal geometry of the assembly element (block), various options for the ratio of dimensions along the coordinate axes were considered, one of which in the horizontal plane corresponded to the "golden ratio" (2.0x1.2258x1.0). It was this option that showed the best result in the calculations. FIG. 8 shows the results of calculations with a concentrated load in the center of the experimental assembly of three geometry options.

Далее проводились лабораторные испытания комбинированной трехслойной конструкции на бетонных образцах размером 200х80х40 с сегментированной внутренней прослойкой из полистирола, пропитанной силиконом. Результаты испытаний показали существенные преимущества сэндвич-сборок с наружными слоями из самозацепленных остеоморфных блоков (фиг. 4) по сравнению с монолитно-сегментированными (фиг. 5)Further, laboratory tests of the combined three-layer structure were carried out on concrete specimens with dimensions of 200x80x40 with a segmented inner layer of polystyrene impregnated with silicone. The test results showed significant advantages of sandwich assemblies with outer layers of self-interlocking osteomorphic blocks (Fig. 4) compared to monolithic-segmented (Fig. 5)

По результатам испытаний производился расчет прочности на растяжение при изгибе (таблица 1) по формуле:Based on the test results, the tensile strength in bending was calculated (table 1) according to the formula:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где: Where:

Rизг - прочность на растяжение при изгибе, кгс/см2 ;R outg - bending tensile strength, kgf / cm 2 ;

F- максимальная нагрузка, кгс ;F- maximum load, kgf;

l - расстояние между опорами при испытании, см ; l - distance between supports during testing, cm;

b - ширина образца, см ; b is the sample width, cm;

Результаты расчётов приведены в таблице The calculation results are shown in the table.

Таблица 1 - Результаты расчетов экспериментальных образцов на растяжение при изгибеTable 1 - Results of calculations of experimental specimens in tension in bending КонструкцияDesign l,
см
l,
cm
b,
см
b,
cm
h,
см
h,
cm
F,
Кгс
F,
Kgs
Rизг,
кгс/см2
R exile ,
kgf / cm 2
монолитно-
сегментированная
monolithic
segmented
1010 8eight 4four 250250 19,519.5
сегментированнаяsegmented 1010 8eight 4four 550550 42,942.9

Двукратное увеличение прочности экспериментальной сегментированной конструкции в полной мере согласуется с предварительными компьютерными расчетами и подтверждает правильность концептуальной идеи.The twofold increase in the strength of the experimental segmented structure is fully consistent with preliminary computer calculations and confirms the correctness of the conceptual idea.

Примером одного из ключевых элементов предлагаемого решения может служить система контроля деформаций дорожного покрытия с помощью измерительных датчиков. Для этого в слой остеоморфных пластиковых блоков устанавливаются датчики измерения углов наклона (инклинометры). В процессе эксплуатации дорожного покрытия могут возникать его деформации (просадки, вспучивания, возникновение колейности и другое). При этом инклинометры, размещенные в слое остеоморфных пластиковых блоков, воспринимают деформации и изменяют свое угловое положение. Информация об изменении угла наклона передается с помощью беспроводных каналов связи в систему мониторинга трассы, где производится перерасчет приращений углов наклона, заданное в угловых градусов, в значения линейного смещения, заданного в миллиметрах.An example of one of the key elements of the proposed solution is a system for monitoring road surface deformations using measuring sensors. For this, tilt angle measurement sensors (inclinometers) are installed in the layer of osteomorphic plastic blocks. During the operation of the road surface, its deformations may occur (subsidence, swelling, rutting, etc.). In this case, inclinometers placed in the layer of osteomorphic plastic blocks perceive deformations and change their angular position. Information about the change in the inclination angle is transmitted via wireless communication channels to the track monitoring system, where the increments of the inclination angles specified in angular degrees are recalculated into the linear displacement values specified in millimeters.

На фиг. 5 показана иллюстрация разворота инклинометров при деформации слоя дорожной одежды. FIG. 5 shows an illustration of the turn of inclinometers during deformation of the pavement layer.

В таблице 2 показана связь между шагом размещения инклинометров, величиной подъема/просадки слоя дорожной одежды (мм) и углом разворота инклинометров (угловые минуты).Table 2 shows the relationship between the pitch of the inclinometers, the amount of rise / fall of the pavement layer (mm) and the angle of rotation of the inclinometers (angular minutes).

Таблица 2 - Изменение угла наклона инклинометра от иеличины подъема/просадки грунтаTable 2 - Change in the angle of inclination of the inclinometer from the magnitude of the rise / fall of the soil Шаг
установки
датчиков (м)
Step
installations
sensors (m)
Подъем / просадка грунта (мм)Rise / subsidence of soil (mm)
1,01.0 4,04.0 10,010.0 20,020.0 50,050.0 100,0100.0 Угол наклона инклинометров (угл.мин)Tilt angle of inclinometers (arc.min) 0,50.5 13,713.7 55,055.0 137,5137.5 275,3275.3 692,2692.2 1414,61414.6 1,01.0 6,86.8 27,527.5 68,768.7 137,5137.5 344,3344.3 692,2692.2 2,02.0 3,43.4 13,713.7 34,434.4 68,868.8 171,9171.9 344,4344.4

Таким образом, подъем/просадка дорожной одежды на 1 мм при размещении инклинометров с шагом 1 м приводит к изменению их угла наклона на 6…7 угловых минут. При проведении измерений 1 раз в сутки емкости источников питания хватит на обеспечение работоспособности в течение не менее 10-и лет.Thus, the rise / fall of the pavement by 1 mm when placing inclinometers with a step of 1 m leads to a change in their angle of inclination by 6 ... 7 arc minutes. When carrying out measurements once a day, the capacity of the power sources will be enough to ensure operability for at least 10 years.

Таким образом, предложенные способ возведения дорожной одежды позволяет повысить прочность и долговечность дорог или иных площадок в условиях слабых грунтов и многолетней мерзлоты, а также значительно сократить материальные затраты на их возведение. Это обстоятельство особенно важно в условиях дорожного строительства, когда обычные материалы для формирования опорного основания грунт, песок, гравий, щебень и проч. являются труднодоступными.Thus, the proposed method for the construction of road pavements makes it possible to increase the strength and durability of roads or other sites in conditions of weak soils and permafrost, as well as significantly reduce the material costs for their construction. This circumstance is especially important in conditions of road construction, when the usual materials for the formation of the support base are soil, sand, gravel, crushed stone, etc. are difficult to access.

Claims (2)

1. Способ возведения опорного основания дорожной одежды, включающий поэтапный монтаж слоев одежды, при котором на первом этапе на грунт укладывают несущий слой, поверх которого накладывается слой в виде сегментированной немонолитной сборки из остеоморфных блоков с выпукло-вогнутыми поверхностями, изготовленных из лёгкого пенобетона, на который далее укладывается дорожное покрытие, отличающийся тем, что нижний несущий слой укладывают на дренажное основание из геотекстиля, а между несущим основанием, которое выполнено из высокопрочного ячеистого полимербетона, и сегментированным немонолитным слоем из бетонных остеоморфных блоков с выпукло-вогнутыми поверхностями прокладывают ещё один разделительный дренажный слой из геотекстиля, далее монтируют второй сегментированный немонолитный слой из остеоморфных блоков с выпукло-вогнутыми поверхностями, который выполнен из полимерного материала, блоки соединены друг с другом по принципу топологического самозацепления, внутри слоя устанавливают датчики мониторинга. 1. A method of erecting a support base of a pavement, including a phased installation of layers of clothing, in which, at the first stage, a supporting layer is laid on the ground, on top of which a layer is applied in the form of a segmented non-monolithic assembly of osteomorphic blocks with convex-concave surfaces made of lightweight foam concrete, on which is then laid with a road surface, characterized in that the lower supporting layer is laid on a drainage base made of geotextile, and another separating drainage is laid between the supporting base, which is made of high-strength cellular polymer concrete, and a segmented non-monolithic layer of concrete osteomorphic blocks with convex-concave surfaces. a layer of geotextile, then a second segmented non-monolithic layer of osteomorphic blocks with convex-concave surfaces is mounted, which is made of polymer material, the blocks are connected to each other according to the principle of topological self-interlocking, a sensor is installed inside the layer iki monitoring. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве датчиков мониторинга используют датчики изгиба поверхности, датчики температуры, датчики давления, датчики влажности, датчики гамма-фона. 2. The method according to claim 1, characterized in that surface bending sensors, temperature sensors, pressure sensors, humidity sensors, gamma background sensors are used as monitoring sensors.
RU2020124968A 2020-07-28 2020-07-28 Method for creating support structure of pavement RU2747181C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124968A RU2747181C1 (en) 2020-07-28 2020-07-28 Method for creating support structure of pavement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124968A RU2747181C1 (en) 2020-07-28 2020-07-28 Method for creating support structure of pavement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2747181C1 true RU2747181C1 (en) 2021-04-28

Family

ID=75850807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020124968A RU2747181C1 (en) 2020-07-28 2020-07-28 Method for creating support structure of pavement

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2747181C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2798505C1 (en) * 2022-12-14 2023-06-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" Multilayer structure for use as equipment parts and building elements

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6146054A (en) * 1996-04-18 2000-11-14 Screg Lightweight embankment
RU2351702C1 (en) * 2007-07-20 2009-04-10 Карлен Амазанович Акопов Method for erection of road pavement
US8662787B2 (en) * 2007-01-19 2014-03-04 Brock Usa, Llc Structural underlayment support system for use with paving and flooring elements
RU2687723C1 (en) * 2018-07-10 2019-05-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный университет путей сообщения" (УрГУПС) Method of device basis for the top structure of the way on the eternal frozen soil

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6146054A (en) * 1996-04-18 2000-11-14 Screg Lightweight embankment
US8662787B2 (en) * 2007-01-19 2014-03-04 Brock Usa, Llc Structural underlayment support system for use with paving and flooring elements
RU2351702C1 (en) * 2007-07-20 2009-04-10 Карлен Амазанович Акопов Method for erection of road pavement
RU2687723C1 (en) * 2018-07-10 2019-05-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный университет путей сообщения" (УрГУПС) Method of device basis for the top structure of the way on the eternal frozen soil

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Topological self-wedging as an engineering design principle in the construction of offshore and coastal structures. V.Yu. Piirainen, Yu.Z. Estrin, Notes of the Mining Institute, 2017, T.266, p.480-486. *
Топологическое самозаклинивание как принцип инженерного дизайна при строительстве морских и прибрежных сооружений. В.Ю. Пиирайнен, Ю.З. Эстрин, Записки горного института, 2017, Т.266, с.480-486. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2798505C1 (en) * 2022-12-14 2023-06-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" Multilayer structure for use as equipment parts and building elements
RU2798518C1 (en) * 2022-12-14 2023-06-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" Multilayer structure for use as equipment parts and building elements
RU2813410C1 (en) * 2023-12-08 2024-02-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова" Anti-vibration substrate
RU2813412C1 (en) * 2023-12-08 2024-02-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова" Prefabricated multilayer structure for use as equipment parts and construction elements

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Thakur et al. Performance of geocell-reinforced recycled asphalt pavement (RAP) bases over weak subgrade under cyclic plate loading
Raymond et al. The effect of geogrid reinforcement on unbound aggregates
Thakur et al. Factors influencing deformations of geocell-reinforced recycled asphalt pavement bases under cyclic loading
Sharbaf et al. Laboratory evaluation of geogrid-reinforced flexible pavements
RU2747181C1 (en) Method for creating support structure of pavement
Rawat et al. Testing and Modelling of Soil Nailed Slopes
Karpurapu The geosynthetics for sustainable construction of infrastructure projects
Bull et al. Design of precast concrete pavement units for rapid maintenance of runways
Puppala et al. Long-term performance of a highway embankment built with lightweight aggregates
Li et al. Low-cost rural surface alternatives: demonstration project.
CN113152189B (en) Parking lot interlocking block structure and construction method
Zaika et al. Individual and group columns failure of deep cement mixing (DCM) in Grati soft soil
Lawrence Structural health monitoring of the first geosynthetic reinforced soil--integrated bridge system in Hawaii
RU143210U1 (en) DEVELOPMENT OF ROAD CLOTHING
RU2473728C1 (en) Road pavement for motor roads and aerodrome pavements
Khan et al. Effectiveness of Double-Layer HDPE Geocell System to Reinforce Reclaimed Asphalt Pavement (RAP)-Base Layer
Acharya Experimental study on geocell-reinforced flexible pavements with recycled asphalt pavement (RAP) bases under cyclic loading
RU94248U1 (en) BUILDING BLOCK
Hogan Monitoring and Evaluation of Alabama’s First Geosynthetic Reinforced Soil-Integrated Bridge System
Ling et al. Failure mechanism and design criterion for low-volume roads subgrade widening
Han et al. Onsite use of recycled asphalt pavement materials and geocells to reconstruct pavements damaged by heavy trucks.
Hegde Cellular confinement systems: Characterization to field assessment
Akmaldinova et al. Geosynthetic Reinforced Interlayers Application in Road Construction
Siswanto et al. Improvement of soft soil for road construction on the north brebes tegal ring road project
Pipinato Masonry bridges