Способ определения давления пучения грунтового основания автомобильных дорог на асфальтобетонное покрытие

(51) 01 25/58 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ пучения. Технический результат заключается в многократном определении реального давления пучения грунтового основания автомобильной дороги на асфальтобетонное покрытие без вскрытия дорожного полотна, а также в расширении технологических возможностей и уменьшении трудоемкости определения давления пучения грунтового основания на асфальтобетонное покрытие. Сущность изобретения состоит в том, что предложен способ определения давления пучения грунтового основания автомобильных дорог на асфальтобетонное покрытие,включающий измерение величины давления незамерзающей жидкости, помещенной в емкость, отличающийся тем, что емкость с незамерзающей жидкостью устанавливают между грунтовым основанием и асфальтобетонным покрытием во время его устройства и по величине расширения замерзающего грунтового основания устанавливают величину давления пучения.(72) Телтаев Багдат Бурханбайлы асымов Асхат Елеусзлы Касымова Жанар Мырзабековна Дудкин Михаил Васильевич Гурьянов Георгий Александрович(73) Республиканское государственное казенное предприятие Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА АСФАЛЬТОБЕТОННОЕ ПОКРЫТИЕ(57) Покрытие относится к области строительства и исследования автодорожных и аэродромных конструкций и их грунтовых оснований и может служить для предупреждения и профилактики их 21956 Изобретение относится к области строительства и исследования автодорожных и аэродромных конструкций и их грунтовых оснований и может служить для предупреждения и профилактики их пучения. Известен способ определения давления пучения замерзающего грунта, включающий измерение величины давления незамерзающей жидкости,помещенной в емкость, и деформируемой в объеме незамерзающей жидкости пробы земляного основания (Лед и снег. Свойства, процессы, использование. Издательство Мир, -., 1966 г. - с.25). Недостатком данного способа является то, что он не дает представление об истинной величине давления пучения замерзающего грунта конкретного земляного основания, а лишь позволяет судить о величине расширения образца, схожего по материалу с толщей земляного основания. Известен также способ определения давления пучения замерзающего грунта, включающий измерение величины давления незамерзающей жидкости, помещенной в емкость и деформирование замерзающего грунта земляного основания (А.с. СССР 966572, кл. 01 25/58). Недостатком данного способа является то, что он не дает представление об истинной величине давления пучения замерзающего грунта конкретного земляного основания, кроме того, он требует графической обработки результатов лабораторных стендовых испытаний образцов грунта земляного основания автомобильной дороги, что очень сложно и громоздко. Ни один из известных способов не учитывает реальное влагонасыщение конкретного грунтового основания, деформация пучения которого при замерзании основания разрушает асфальтобетонное покрытие. Для того, чтобы узнать реальное влагонасыщение грунтового основания все известные способы подразумевают вскрытие асфальтобетонного покрытия для взятия образца грунтового основания, а это подразумевает засыпку произведенной выемки другим материалом, его уплотнение и устройство заплаты из асфальтобетона. Прототипом изобретения является способ определения давления пучения замерзающего грунта, включающий измерение величины давления незамерзающей жидкости, помещенной в емкость,жидкостный манометр и деформацию замерзающего грунта земляного основания (описание изобретения к патенту 2203484, кл. 0125/58, опубл. 27.04.2003). Недостатком данного способа является ограниченность его применения, так как способ реализуется лабораторной установкой, требует наличия морозильной камеры и сборки-разборки конструкции для заполнения е жидкостью и новым образцом грунта, а также и невозможность определения давления пучения в реальных полевых условиях на конкретном участке дорожного полотна, так как для взятия пробы грунта пришлось бы вскрывать дорожное полотно, а потом его вновь заделывать. Известный способ дает лишь 2 рекомендательные сведения о том, на сколько может замерзнуть какой либо образец грунта и какое при этом создастся давление. Он не учитывает реальную температуру земляного основания,степень его уплотнения, влажности и замерзания. В известном способе исследователь сам задает температуру в холодильной камере и по ней судит о расширении образца грунта в объме незамерзающей жидкости. Достоверность результатов этого способа тоже вызывает сомнение,так как вместе с образцом грунта в морозильную камеру помещается массивный корпус всей установки,который под воздействием отрицательной температуры сам изменит свой объм и создаст давление жидкости на манометре. Изменение давления будет наблюдаться даже в том случае, если в корпусе вообще не будет пробы грунта. И потом, температура воздуха и температура земляного основания автомобильной дороги в реальных условиях значительно отличаются, так что доводить грунт до температуры воздуха, а потом судить о его давлении пучения будет не совсем достоверно для реальных условий эксплуатации дорожного полотна автомобильной дороги. Техническое противоречие состоит в том, что чем больше мы искусственно охлаждаем устройство, в котором реализуется известный способ, тем больше получаем искажение результата измерения давления, так как охлаждаемый корпус устройства даже сам, без грунта, будет создавать давление незамерзающей жидкости, находящейся внутри него. Вторым противоречием является влажность грунта до исследования и в его процессе. Так как капсула с образцом грунта имеет открытый верх (по описанию) то непроизвольно, при контакте пробы грунта с незамерзающей жидкостью,произойдет растворение части замерзшей жидкости,находящейся в пробе грунта, в незамерзающей жидкости. Это приведет хоть и к незначительному,но уменьшению влажности испытываемого грунта, а значит и расширение его ввиду уменьшения влажности будет меньше. Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении эффективности, точности и надежности, а также в снижении трудоемкости определения реальных деформационных характеристик пучения грунтового основания автомобильных дорог по всей его ширине. В основу изобретения также положена задача создания более простого способа определения давления пучения грунтового основания автомобильных дорог на асфальтобетонное покрытие,позволяющего сделать заключение о причинах его разрушения. Технический результат заключается в многократном определении реального давления пучения грунтового основания автомобильной дороги на асфальтобетонное покрытие без вскрытия дорожного полотна, а также в расширении технологических возможностей и уменьшении трудоемкости определения давления пучения грунтового основания на асфальтобетонное покрытие путем 21956 обеспечения возможности определения деформации дорожного полотна в любой его точке. Сущность изобретения состоит в том, что предложен способ определения давления пучения грунтового основания автомобильных дорог на асфальтобетонное покрытие,включающий измерение величины давления незамерзающей жидкости, помещенной в емкость, отличающийся тем, что емкость с незамерзающей жидкостью устанавливают между грунтовым основанием и асфальтобетонным покрытием во время его устройства и по величине расширения замерзающего грунтового основания устанавливают величину давления пучения. Признаки, отличающие заявляемое изобретение от известных в данной области, позволяют в любое время года многократно определять фактическое на данный момент времени давление пучения реального грунтового основания автомобильных дорог на асфальтобетонное покрытие без искажений и без вскрытия полотна автомобильной дороги в любой ее точке. Увлажненное грунтовое основание с понижением температуры начинает замерзать и меняться в объеме. Если грунтовое основание автомобильной дороги было переувлажнено или набрало влагу в результате подтопления основания грунтовыми или другими водами, его деформации пучения будут значительны, так как влага, замерзая,будет расширяться и одновременно деформировать структуру земляного основания. Около 80 всех грунтов в Казахстане - это так называемые связные грунты, то есть грунты с примесью глины или целиком состоящие из таковой. А глины и суглинки имеют такую особенность - они хорошо набирают и плохо отдают влагу. Подпочвенные воды подсасываются по рыхлостям и пустотам грунта слоев прямо под дорожное полотно и с первыми морозами замерзают. Давление замерзающей в замкнутой системе воды, достигает 2000 кг/см 3. И происходит то, что специалисты называют морозным пучением - асфальт трескается. А весной верхний слой грунтового основания непосредственно под асфальтом размораживается, обводняется, теряет несущую способность. И колеса грузовиков просто проламывают асфальт над пустотами, которые потом дорожники залепляют асфальтовыми заплатками. Чем больше влаги будет участвовать в процессе замерзания, тем больше деформации будет испытывать грунтовое основание. Соответственно замерзающее и начинающее деформироваться грунтовое основание с определенной силой начнет давить на асфальтобетонное покрытие, так как ему надо куда-то девать свой увеличивающийся объем и, если величина давления грунта от его расширения превысит прочность асфальтобетонного покрытия,оно треснет, или лопнет, вспучится. Есть еще одна причина, по которой асфальтобетонное покрытие может провалиться в грунтовое основание дороги - это недоуплотненное в процессе устройства грунтовое основание дорожной конструкции. В период эксплуатации автомобильной дороги основание начинает уплотняться под колесами движущегося по прогибающемуся асфальтобетонному покрытию тяжелого транспорта и в какой-то момент времени между асфальтобетонным покрытием и грунтовым основанием образуется пустота, в которую может опуститься,или обломиться несущее асфальтобетонное полотно автомобильной дороги. Образуется колея или яма в зависимости от величины дефекта. Пути решения этих проблем различны и отличаются друг от друга. В случае переувлажнения требуется провести комплекс дренажных и водоотводящих мероприятий, может быть даже с переустройством грунтового основания и близлежащей территории, а в случае недоуплотнения можно досыпать грунтовое основание соответствующим материалом и уплотнить его до стандартной плотности. Именно различить эти причины и выявить требуемый объем работ и поможет предлагаемый способ. Если величина давления грунтового основания на асфальтобетонное покрытие будет превышать допустимую норму, значит, грунтовое основание переувлажнено и требуется провести комплекс водоотводящих работ, если же давление грунтового основания не превышало допустимых норм, а дорога (асфальтобетонное покрытие) все равно провалилась - значит нужно проводить ремонтные работы по доуплотнению грунтового основания или на месте выявлять причины разрушения несущего асфальтобетонного покрытия,не связанные с пучением грунтового основания. Возможность значительно сократить работы по определению причин разрушения дорожного полотна автомобильной дороги и одновременным контролем давления грунтового основания автомобильной дороги на асфальтобетонное покрытие позволяет считать заявляемое техническое решение соответствующим критерию Изобретательский уровень. Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема реализации заявляемого способа, включающая установку в теле грунтового основания 1 под слоем асфальтобетонного покрытия 2 емкости 3 с незамерзающей жидкостью 4, на корпусе емкости 3 в верхней части установлена опорная площадка 8, а корпус емкости 3 выполнен из упругого материала и соединен с жидкостным манометром 5, выведенным за обочину 6 дорожной конструкции, посредством эластичной трубки 7,помещенной в несжимаемую оболочку. Способ определения давления пучения грунтового основания автомобильных дорог на асфальтобетонное покрытие осуществляется следующим образом. После устройства грунтового основания автомобильной дороги 1, которое укладывается на естественное земляное основание и, чаще всего,состоит из слоев песчано-гравийной смеси и щебня,его уплотняют до стандартной плотности и сверху,укладывают слои мелкозернистого и крупнозернистого асфальтобетонного покрытия 2,которые также, соответственно, уплотняют. В период 3 21956 времени, когда уложен и уплотнен последний слой грунтового основания (щебня) 1, на его поверхности делают выемку, соответствующую размерам корпуса емкости 3 с незамерзающей жидкостью 4 и устанавливают в эту выемку корпус емкости 3,который в своей верхней части имеет опорную площадку 8, перекрывающую величину выемки. Емкость 3 с незамерзающей жидкостью 4 плотно устанавливается в выемку в грунте, а опорная площадка 8 корпуса занимает положение,соответствующее горизонту грунтового основания 1 и не выступает за его пределы. Через опорную площадку 8 из емкости 3 с незамерзающей жидкостью 4 выведена эластичная трубка 7,помещенная в несжимаемую оболочку, которая укладывается на поверхности грунтового основания 1 и выводится за обочину 6 дорожной конструкции. Выведенный за обочину дорожной конструкции 6 конец эластичной трубки заканчивается жидкостным манометром 5 любого исполнения. Каждый жидкостный манометр нумеруется и по бирке с номером в дальнейшем определяется место заложения в полотне дорожной конструкции емкости с незамерзающей жидкостью, изменение давления внутри которой фиксирует данный манометр. После установки в грунтовое основание 1 всех перечисленных элементов,позволяющих реализовать заявляемый способ, поверх них укладывают слои мелкозернистого и крупнозернистого асфальтобетонного покрытия (в дальнейшем просто асфальтобетонного покрытия 2). Опорная площадка 8, под которой находится емкость 3 с незамерзающей жидкостью 4, своими опорными полями опирается на грунтовое основание 1 и не дает асфальтобетонному покрытию 2 провалиться в выполненную в грунтовом основании выемку, в которой плотно установлена упругая емкость 3 с незамерзающей жидкостью 4, и воздействовать во время уплотнения асфальтобетонного покрытия 2 на объем упругого корпуса этой емкости 3. Получается, что опорная площадка 8 является поверхностью, на которую будет давить упругий корпус емкости 3 с незамерзающей жидкостью 4 под воздействием деформаций пучения замерзающего грунтового основания 1. Эластичная трубка 7, соединяющая емкость 3 с незамерзающей жидкостью 4 и жидкостный манометр 5, помещена в гибкую недеформируемую оболочку,поэтому асфальтобетонная смесь 1 может быть уложена прямо на эту оболочку с эластичной трубкой 7. С наступлением холодного времени года влага,накопившаяся по разным причинам в толще грунтового основания, начинает застывать и превращаться в лед, который при замерзании расширяется в объеме. Вместе с частицами влаги начинает увеличиваться в объеме и грунтовое основание автомобильной дороги, упираясь сверху в асфальтобетонное покрытие и стараясь разрушить и деформировать его поверхность. Если влажность грунтового основания высокая, то и его деформации будут значительны, а, значит, будут большими и силы, действующие на асфальтобетонное покрытие 4 и стремящиеся вспучить его для освобождения энергии замерзания грунтового основания. Увеличиваясь при замерзании в объеме, грунтовое основание начнет давить на упругий корпус емкости с незамерзающей жидкостью, сжимая его в сторону асфальтобетонного покрытия с такой же силой, с какой оно давит на само асфальтобетонное покрытие. При сжатии упругого корпуса незамерзающая жидкость, находящаяся в нем, под давлением пучения грунтового основания и соответственного сжатия корпуса, изменится в объеме, а следовательно, изменится и давление жидкости внутри емкости, которое сразу же будет зафиксировано жидкостным манометром,находящимся на конце эластичной трубки,выведенной из емкости с незамерзающей жидкостью за пределы обочины дорожной конструкции. По величине давления грунтового основания, называемого давлением пучения, можно судить о реальном состоянии всей дорожной конструкции, так как превышение предельного давления, соответствующего пределу прочности асфальтобетонного покрытия, позволяет судить о степени увлажнения грунтового основания, о степени его подтопления грунтовыми водами, и позволяет определить причину разрушения асфальтобетонного покрытия. Если оно было разрушено при давлении пучения,соответствующего нормально допустимому, то причиной разрушения асфальтобетонного покрытия,скорее всего, стало недоуплотнение грунтового основания. Если же асфальтобетонное покрытие было разрушено давлением пучения грунтового основания, превышающим предел прочности асфальтобетонного покрытия, то значит, что грунтовое основание избыточно переувлажнено и требуется комплекс мер по предупреждению проникновения влаги в толщу дорожной конструкции, и, в частности, в е грунтовое основание. Использование предложенного способа позволит определить причину деформации пучения асфальтобетонного покрытия,определить критические точки дорожной конструкции, на которых давление пучения приближается к максимально допустимому и выполнить соответствующие мероприятия по дальнейшему предупреждению разрушения асфальтобетонного покрытия. Предложенный способ позволяет многократно экспрессным методом оценить способность грунтового основания к пучению и количественно оценивать величину давления пучения исследуемого грунтового основания автомобильной дороги для выработки проектных решений по сооружению дорожных конструкций на критических участках,где давление пучения приближается или превышает предельно допустимое значение. Предложенный способ позволит значительно сократить средства, направленные на инженерногеологическое изыскание причин разрушения и предупреждения дальнейшего разрушения дорожного полотна и выбор надежной дорожной 21956 конструкции за счет возможности многократного определения реального давления пучения грунтового основания на асфальтобетонное покрытие, позволяющего определить критические точки дорожного полотна, которые в ближайшее время, если не принять соответствующих мер, будут подвергнуты разрушению от пучения. Соответственно предупреждающий комплекс работ по предупреждению пучения дорожного полотна будет намного дешевле, чем дальнейший ремонт и переустройство дорожного полотна, включающий тот же комплекс мер по предупреждению пучения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ определения давления пучения грунтового основания автомобильных дорог на асфальтобетонное покрытие,включающий измерение величины давления незамерзающей жидкости, например масла, помещенной в емкость,отличающийся тем, что емкость с незамерзающей жидкостью устанавливают между грунтовым основанием и асфальтобетонным покрытием во время его устройства и по величине расширения замерзающего грунтового основания устанавливают величину давления пучения.