Георешетка для армирования дорожной одежды

Название	Георешетка для армирования дорожной одежды
Разработчик (Авторы)	Игнатьев Алексей Александрович, Курочкина Кристина Андреевна, Ронжин Евгений Алексеевич
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2652411
Дата регистрации	26.04.2018
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" ФГБОУВО "ЯГТУ"
Область применения (класс МПК)	E01C 5/20 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к области транспортного строительства, а именно к армирующим прослойкам в виде георешеток, предназначенным для повышения долговечности дорожной одежды.

Изобретение может быть использовано в качестве армирующей прослойки в конструкции дорожной одежды при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог, аэродромов, площадок различного назначения, подвергающихся высоким и интенсивным транспортным нагрузкам.

Из уровня техники известны аналоги для укрепления конструктивных слоев дорожной одежды в виде плоской сетчатой структуры, изготовленные из стекловолокна или полимерных материалов (RU 2166019, 27.04.2001, RU 134952, 06.03.2013, RU 2124089, 27.12.1998).

Плоская конструкция аналогов приводит к недостаточной армирующей функции конструктивных слоев в месте размещения георешетки. Сами аналоги плохо работают на изгиб. Георешетки, изготовленные из стекловолокна, характеризуются высокой повреждаемостью в процессе распределения и уплотнения минерального заполнителя. Снижение адгеозионных свойств между слоями покрытия. Из-за плоской структуры при размещении георешетки на границе плотных разнородных материалов, в особенности между слоями асфальтобетона, заклинка происходит только в неровностях нижележащего слоя, в остальной части смесь ложиться на решетку и удерживается от смещения в основном силой сцепления с нижележащим слоем.

В патенте (RU 2581176, 17.04.2015) описана экструдированная георешетка, используемая в качестве армирующей и разделяющей прослойки в конструкциях земляного полотна линейных транспортных и геотехнических сооружений. Недостатком данного технического решения является высокая повреждаемость ребер из-за их малой толщины. Треугольная ячейка имеет острые углы, попадание в них крупных минеральных частиц затруднено, что приводит к образованию пустот.

Наиболее близким техническим решением является решетка RU 102015, 25.11.2009 с возможностью компоновки в рулон, содержащая ортогонально пересекающиеся стренги из экструдированного ориентированного полиолефинового материала с образованием окон и узлов с утолщениями в местах пересечения стренг.

Недостатком известного технического решения является слабое узловое соединение, которое разрушается в процессе уплотнения армируемого слоя в результате попадания в узел остроугольной вершины минерального заполнителя.

При использовании в асфальтобетоне подобного вида георешеток узловые утолщения и неплотное прилегание ребер к поверхности будет препятствовать полной заполняемости ячеек смесью, что приведет к образованию пустот в толще асфальтобетонного покрытия и снижению прочности дорожной конструкции.

Задачей изобретения является улучшение свойств решетки для использования ее в качестве армирующей прослойки в основании дорожной одежды и в качестве армирующей и трещинопрерывающей в асфальтобетонном покрытии за счет снижения повреждаемости поверхности, увеличения ее прочностных показателей, сопротивления сдвигу, максимального сохранение исходной геометрической формы георешетки (формы ячейки и ребра) путем придания ребру треугольной формы и выбора толщины ребра, формы и размера ячейки в зависимости от конкретных условий.

Технический результат изобретения достигается за счет следующих отличительных признаков: ребра решетки треугольного поперечного сечения, вершиной направленные в армируемый слой, при пересечении в узлах ребра образуют треугольную пирамиду.

Благодаря шестиугольной форме ячейки и треугольной форме поперечного сечения ребра достигается наиболее полная заполняемость ячеек, что способствует формированию более плотного слоя и снижению числа пустот.

При использовании в асфальтобетонном покрытии крупная шестиугольная форма ячейки обеспечивает большую площадь контакта между нижним и армируемым слоями, тем самым увеличивая адгезию между ними. Сама георешетка может быть покрыта веществом, имеющим химическое сродство к битуму, для обеспечения наилучшего сцепления георешетки с асфальтобетонной смесью.

Форма ячейки также может быть квадратной и треугольной.

Благодаря объемной структуре и треугольному поперечному сечению ребра решетка имеет большую сдвигоустойчивость и площадь контакта с частицами армируемого слоя, чем плоское поперечное сечение ребра, георешетка и армируемый слой образуют единую систему. Вследствие этого растягивающие напряжения, возникающие в асфальтобетоне, воспринимаются армирующей решеткой и равномерно распределяются на нижележащие слои.

Треугольное поперечное сечение ребер снижает их повреждаемость, способствует наилучшему распределению частиц заполнителя. Ребра с треугольным поперечным сечением менее изгибаемы в сравнении с прямоугольными или плоскими ребрами. Кроме того, в зоне возникновения максимального растягивающего напряжения в решетке ребро имеет наибольшую толщину. Объемная структура георешетки обеспечивает ее внедрение в армируемый слой, за счет чего достигается совместная работа конструкции.

Такая форма поперечного сечения ребра обеспечивает свободное движение строительной техники, так как площадь контакта георешетки с колесами автотранспорта минимальна, что исключает возможность образования заломов, а при укладке в асфальтобетонное покрытие образования заломов и прилипания к колесам. Ребра имеют довольно острые грани, поэтому во избежание травм при работе с решеткой необходимо использовать перчатки.

Соединение трех ребер в узле образует треугольную пирамиду (четырехугольную, в случае квадратной ячейки), которая предохраняет узел решетки от расщепления частицами минерального заполнителя. Частицы, попадая в узел острым углом, соскальзывают по наклонным граням внутрь ячейки.

Георешетки с недостаточной жесткостью не обеспечивают требуемой прочности армирующего слоя. Поперечное сечение ребра георешетки может быть выполнено различной толщины, но при этом его толщина должна быть пропорциональна размеру ячейки, чтобы обеспечивать ее жесткость.

Сущность полезной модели поясняется иллюстрациями.

На Фиг. 1 показан общий вид георешетки в рулоне.

На Фиг. 2 - общий вид карты георешетки.

На Фиг. 3 - вид А на фрагмент георешетки по Фиг. 1.

На Фиг. 4 - сечение ребер по Фиг. 3.

На Фиг. 5 - вид В на фрагмент георешетки по Фиг. 2.

На Фиг. 6 - вид Г на фрагмент георешетки по Фиг. 2.

На Фиг. 7 - сечение ребер по Фиг. 5.

На Фиг. 8 - сечение ребер по Фиг. 6.

На Фиг. 9 - фрагмент георешетки с квадратной ячейкой.

На Фиг. 10, Фиг. 11 - общий вид элементов соединения для карт с квадратной ячейкой.

На Фиг. 12 - фрагмент георешетки с треугольной ячейкой.

На Фиг. 13, Фиг. 14 - общий вид элементов соединения для карт с треугольной ячейкой.

На Фиг. 15 - общая схема примера использования решетки в дорожном покрытии.

На Фиг. 16 - общая схема примера использования решетки в дорожном основании.

Армирующая решетка скручивается в рулоны 2 (Фиг. 1) либо изготавливается в виде карт 3 (Фиг. 2). Рекомендуемые размеры георешетки, скрученной в рулоны: длина L до 100 метров, ширина В до 7,5 метров. Рекомендуемые размеры карт: длина L1 равна 4 метрам, ширина В1 равна 7,5 метров.

Пересекающиеся ребра 4 (Фиг. 3) образуют ячейки 5 в форме правильного шестиугольника и узлы 6 в форме треугольной пирамиды. Поперечное сечение ребер (Фиг. 4) выполнено в форме равностороннего или равнобедренного треугольника и характеризуется высотой поперечного сечения ребра h, равной 3…35 мм, при этом сторона равностороннего треугольника а будет равна 1,155h.

Для обеспечения необходимой жесткости решетки и достаточного для хорошего сцепления пятна контакта между слоями размер ячейки b рекомендуется принимать в диапазоне от 10 до 100 раз больше высоты поперечного сечения ребра h. Для шестиугольной ячейки b - радиус вписанной окружности (Фиг. 3).

Пересекающиеся ребра 4 (Фиг. 9) образуют ячейки 5 в форме квадрата и узлы 6 в форме квадратной пирамиды. Поперечное сечение ребер (Фиг. 4) выполнено в форме равностороннего или равнобедренного треугольника и характеризуется высотой поперечного сечения ребра h, равной 3…35 мм, при этом сторона равностороннего треугольника а будет равна 1,155h.

Для обеспечения необходимой жесткости решетки и достаточного для хорошего сцепления пятна контакта между слоями размер ячейки b рекомендуется принимать в диапазоне от 10 до 100 раз больше высоты поперечного сечения ребра h. Для квадратной ячейки b - расстояние между внутренними краями ребер (Фиг. 9).

Пересекающиеся ребра 4 (Фиг. 12) образуют ячейки 5 в форме треугольника и узлы 6 в форме шестиугольной пирамиды. Поперечное сечение ребер (Фиг. 4) выполнено в форме равностороннего или равнобедренного треугольника и характеризуется высотой поперечного сечения ребра h, равной 3…35 мм, при этом сторона равностороннего треугольника а будет равна 1,155h.

Для обеспечения необходимой жесткости решетки и достаточного для хорошего сцепления пятна контакта между слоями размер ячейки b рекомендуется принимать в диапазоне от 10 до 100 раз больше высоты поперечного сечения ребра h. Для треугольной ячейки b - радиус вписанной окружности (Фиг. 12).

Высота поперечного сечения ребра h, равная 3…5 мм, позволяет скручивать решетку в рулоны, без растяжения и деформаций ее элементов. При высоте поперечного сечения ребра h, равной 6…35 мм, георешетка изготавливается в виде отдельных карт, соединяющихся между собой наложением ребер крайних ячеек друг на друга.

Для соединения карт между собой поперечное сечение ребер крайних ячеек на половину выполнено с одной стороны в виде 1/3h нижней части треугольника (Фиг. 5, Фиг. 10, Фиг. 13) со сквозными отверстиями 7 в середине каждого ребра, с противоположной стороны в виде 2/3h верхней части треугольника (Фиг. 6, Фиг. 11, Фиг. 14) с шипом 8 в середине каждого ребра. Диаметры отверстия и шипа d должны обеспечивать прочное сцепление и при этом не снижать прочность ребра, их диаметр рекомендуется принимать равным d=2/9a=0,257h (Фиг. 7, Фиг. 8). Длина шипа соответствует высоте нижней части и равна 1/3h.

В результате сцепления двух карт в месте соединения ребра образуют поперечное сечение в виде целого треугольника.

В случае невозможности соединения в процессе работ по причине несовпадения отверстий с шипами, облома шипов и т.п., а также при слабом сцеплении карты можно соединять с помощью хомутов или проволокой.

Решетка может быть использована в качестве армирующей прослойки и трещинопрерывающей прослойки в дорожном покрытии. На Фиг. 15 показан пример применения решетки в качестве армирующей и трещинопрерывающей прослойки в асфальтобетонном покрытии при строительстве автомобильной дороги высшей технической категории.

На грунтовое основание 9 укладывается подстилающий слой из песка 10, слой основания из щебня 11. На слой щебня уложена армирующая георешетка 1. Георешетка закреплена на щебеночном основании с помощью анкеров и на нее укладываются верхний или нижний и верхний или нижний, средний и верхний слои асфальтобетона (12, 13).

При армировании асфальтобетонного покрытия решетка также может укладываться между слоями асфальтобетонного покрытия, но максимальный армирующий эффект будет достигнут при ее размещении на границе слоев щебня или асфальтобетона - в месте концентрации наибольших растягивающих напряжений.

При укладке георешетки на границе слоев щебня и асфальтобетона проводятся подготовительные работы по укладке щебеночного основания. Для начала проведения работ по укладке георешетки щебеночное основание должно быть ровным, плотным, иметь хорошую сдвигоустойчивость. Доставку решетки на участок осуществляют после проведения подготовительных работ.

Укладка георешетки производится в продольном направлении, ровно, без перекосов, звеном рабочих из двух человек (число рабочих может быть увеличено при необходимости). Не допускается при укладке образование перекосов, волн и т.д.

На Фиг. 16 показан пример применения решетки в качестве армирующей прослойки в основании при строительстве автомобильной дороги высших технических категорий.

На грунтовое основание 9 укладывается подстилающий слой из песка 10. На слой песка уложена армирующая георешетка 1. Георешетка закреплена на песчаном основании с помощью анкеров и на нее укладывается слой основания из щебня 11. На основание укладываются верхний или нижний и верхний или нижний, средний и верхний слои асфальтобетона (12, 13).

Армирующий эффект решетки в конструкции достигается за счет увеличения толщины поперечного сечения ребер, вследствие чего увеличивается жесткость ячеек и всей решетки в целом, что снижает повреждаемость, увеличивает срок ее службы и воспринимаемые напряжения. В случае применения шестиугольной формы ячеек с треугольной формой поперечного сечения ребра происходит более равномерное распределение заполнителя и обеспечивается наиболее полная заклинка ячеек, что приводит к снижению числа пустот. Благодаря объемной структуре решетка проникает в армируемый слой, обеспечивая хорошую адгезию и надежно удерживая заполнитель от смещения на границе слоев, тем самым замедляя процесс колееобразования. Большое пятно контакта обеспечивает хорошее сцепление армируемого слоя с нижележащим слоем.

Таким образом, армирующая решетка является частью единой системы, при этом она воспринимает все растягивающие напряжения и равномерно распределяет их на нижележащие слои, тем самым предотвращает распространение трещин и продлевает срок службы асфальтобетонного покрытия.

Следует отметить, что заявленное изобретение не ограничено вариантами реализации, приведенными в описании. Возможны также любые дополнительные усовершенствования изобретения, не выходящие за рамки предложенной совокупности существенных признаков.

Формула изобретения

1. Георешетка для армирования дорожной одежды, представляющая собой конфигурацию ячеек, образованных пересечением ребер, отличающаяся тем, что конфигурация ячеек образует правильный шестиугольник, треугольник или квадрат с ребром треугольной формы и располагается в основании дорожной одежды, в асфальтобетонном покрытии или на границе слоя основания и асфальтобетонного покрытия.

2. Георешетка по п. 1, отличающаяся тем, что она может быть покрыта веществом, усиливающим адгезию.

Изобретение " Георешетка для армирования дорожной одежды" (Игнатьев Алексей Александрович, Курочкина Кристина Андреевна, Ронжин Евгений Алексеевич) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога