EA031977B1 - Системы дорожного покрытия с геоячейкой и георешеткой - Google Patents

Abstract

В изобретении раскрытие относится к системам дорожного покрытия и способам для мощения, которые подходят для мест, содержащих в целом слабое земляное полотно дороги с Калифорнийским коэффициентом плотности грунта от 4 или ниже. Система дорожного покрытия включает в себя первый слой георешетки, помещенный непосредственно на земляное полотно дороги; первый сыпучий слой на первом слое георешетки, при этом первый сыпучий слой имеет толщину от 0,5 до 20 раз протяженности отверстия слоя георешетки; первый слой геоячейки на первом сыпучем слое, содержащий геоячейку и заполняющий материал; и защитный слой поверх слоя геоячейки. Второй слой геоячейки/георешетки может быть помещен под защитным слоем, если это желательно. При желании, поверхностный слой может быть нанесен на защитный слой, если это желательно. Полученная система дорожного покрытия обеспечивает долгосрочную поддержку дорожных покрытий, применяемых поверх системы дорожного покрытия.

Description

Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США серийный номер 61/884231, поданной 30 сентября 2013 г., которая в полном объеме включена в виде ссылки.

Предпосылки изобретения

Настоящее раскрытие относится к системам дорожного покрытия, которые пригодны для использования на слабом земляном полотне дороги, или природной почве, или вспучивающейся глине, или почвах, подверженных вспучиванию в холодное время года. Эти системы дорожного покрытия располагаются поверх земляного полотна дороги и используются в различных применениях, таких как шоссе, бульвары, пешеходные дорожки и железные дороги. Эти системы дорожного покрытия в особенности подходят для слабых земляных полотен дороги.

В транспортной инженерии несколько слоев различаются в конструкции дорожного покрытия. Эти слои включают в себя слой земляного полотна дороги, подстилающий слой, несущий слой и поверхностный слой. Слой земляного полотна дороги является природным материалом и действует как основание для дорожного покрытия. При желании, подстилающий слой укладывается поверх земляного полотна дороги. Подстилающий и несущий слои используются для переноса нагрузки и ее рассеивания к слою, приемлемому для поверхностного слоя. В зависимости от желаемого использования дорожного покрытия еще один слой может быть помещен поверх несущего слоя, и этот слой может быть известен как клинкерный несущий слой. Поверхностный слой является, таким образом, помещенным на его верхней части и является незащищенным слоем на поверхности дорожного покрытия. Поверхностный слой может быть, например, асфальтом (например, дорогой или автостоянкой), или бетоном (например, тротуаром), или щебнем (например, на котором расстилаются железнодорожные рельсы), или уплотненным сыпучим материалом (немощеной дорогой).

Слабое земляное полотно дороги является земляным полотном дороги, которое имеет Калифорнийский коэффициент плотности грунта (CBR) 4 или ниже или чаще всего 3 или ниже при измерении при насыщении водой. Слабые земляные полотна дороги имеют низкую жесткость и низкое сопротивление нагрузке. Конкретные слабые земляные полотна дороги включают в себя те, где земляное полотно дороги является вспучивающейся глиной или почвой, подверженной вспучиванию в холодное время года. Вспучивание при замерзании является разбуханием вверх почвы, вызываемым образованием льда ниже поверхности. Присутствие воды служит причиной возникновения нескольких процессов, которые могут быть очень разрушительными для дорожных покрытий. Во-первых, молекулы воды могут увеличивать объем частиц почвы и снижать сцепление между ними. Во-вторых, увеличение объема посредством воды может приводить к вспучиванию почвы, увеличивающему давление вверх на вышеприведенное дорожное покрытие. В-третьих, вода расширяется при замерзании и в сочетании с затвердеванием из-за образования льда может привести к повреждению дорожного покрытия. Эти направленные вверх напряжения, возникающие в процессе вспучивания (например, увеличения объема глины или почвы), могут быть значительно больше, чем те, которые генерируется потоком транспорта на мягкое земляное полотно дороги. Дорожные покрытия, которые установлены на таком слабом земляном полотне дороги, могут преждевременно выйти из строя.

Во многих ситуациях, когда земляное полотно дороги является слабым и земляное полотно дороги является неглубоким, земляное полотно дороги удаляется и заменяется более сильными и более безусадочными сыпучими материалами. Однако в других ситуациях это невозможно из-за (a) мягкого грунта земляного полотна дороги на слишком большую глубину или (b) более сильные и более стабильные по размерам сыпучие материалы не доступны локально либо стоимость поставки таких материалов слишком высока. Примеры таких ситуаций могут быть найдены на торфяниках на севере России, местах вспучивающейся глины в Техасе и болотных местах в Канаде и Сибири.

Пример дорожного покрытия представлен на фиг. 1.

Дорожное покрытие включает в себя здесь слабое земляное полотно 2 дороги, подстилающий слой 4 дробленого камня и поверхностный слой 6. Опять же, слабое земляное полотно дороги может быть обусловлено мягкой почвой, вспучивающейся глиной или чувствительной к морозу почвой. Типичные повреждения включают в себя колейность (образование канавки или колеи в дорожном покрытии), трещины в асфальте или бетонном поверхностном слое дорожного покрытия, деформацию или перекос железнодорожных рельсов, уложенных на щебень, и выкачивание несущего слоя ниже поверхностного слоя. Эти виды повреждений вызваны необратимыми деформациями в основании и/или подстилающем слое из-за недостатка (1) предела прочности при растяжении; (2) жесткости (модуля); (3) прочности поверхностного раздела между слоем и земляным полотном дороги и/или (4) изгибающего момента (сопротивления изгибу).

Один способ, обычно используемый для предотвращения этих видов повреждения, включает в себя химическую модификацию земляного полотна дороги. Земляное полотно смешивают с неорганическим связующим веществом (например, известью, цементом или зольной пылью) или органическим связующим веществом (например, полимерной эмульсией). Тем не менее, этот способ подвержен нескольким нежелательным характеристикам, таким как медленное отверждение, низкая производительность при применении во влажных и холодных климатических условиях, выщелачивание неорганического связующего вещества во влажном климате, высокая стоимость полимерных связующих, хрупкость, плохое

- 1 031977 качество из-за трудностей при смешивании в полевых условиях, плохое сопротивление циклам замерзание-оттаивание, а также трудности в получении однородного земляного полотна дороги на больших площадях (например, по структуре поверхности или составу).

Было бы желательно обеспечить системы дорожного покрытия, которые имеют усовершенствованную характеристику при установке поверх слабого земляного полотна дороги или природных почв или вспучивающихся глин или легкопромерзающих грунтов. Было бы также желательно для таких систем дорожного покрытия быть сооружаемыми экономичным и простым в установке способом.

Сущность изобретения

В различных вариантах осуществления раскрытия представлены системы дорожного покрытия и способы установки таких систем дорожного покрытия поверх слабого земляного полотна дороги, имеющего CBR4 или ниже, такого как вспучивающиеся глины или почвы, подверженные вспучиванию при замерзании. Системы дорожного покрытия в целом включают в себя слой георешетки на земляном полотне дороги, первый сыпучий слой и слой геоячейки. Первый сыпучий слой имеет установленную толщину или высоту. Поверхностный слой может быть нанесен непосредственно поверх слоя геоячейки или дополнительные армированные геоячейкой или георешеткой слои могут быть помещены на слой геоячейки, прежде чем наносится поверхностный слой.

В некоторых вариантах осуществления раскрытия представлена система дорожного покрытия, которая должна быть установлена поверх слабого земляного полотна дороги, имеющего Калифорнийский коэффициент плотности грунта (CBR) 4 или ниже, в особенности поверх вспучивающихся глин или поверх легкопромерзающих грунтов, содержащая первый слой георешетки, помещенный на земляное полотно дороги и изготовленный по меньшей мере из одной георешетки, при этом каждая георешетка изготавливается из реберных элементов, которые пересекаются для образования отверстий георешетки; первый сыпучий слой, помещенный на первый слой георешетки, и содержащий первый сыпучий материал, причем первый сыпучий слой имеет среднюю толщину от 0,5 до 20 раз протяженности отверстия слоя георешетки; первый слой геоячейки, помещенный на первый сыпучий слой и содержащий по меньшей мере одну геоячейку, который заполнен заполняющим материалом; и возможно, защитный слой, помещенный на первый слой геоячейки и изготовленный из уплотненного второго сыпучего материала.

Система дорожного покрытия может дополнительно содержать поверхностный слой, помещенный на дополнительный защитный слой или поверх первого слоя геоячейки, при этом поверхностный слой содержит сыпучий материал, асфальт, или бетон, или щебень. В некоторых вариантах осуществления железнодорожные рельсы и шпалы устанавливаются поверх системы дорожного покрытия.

Первый сыпучий материал может быть песком, гравием или щебнем. Как правило, первый сыпучий материал также входит в отверстия георешетки первого слоя георешетки.

Заполняющий материал может быть песком, щебнем, гравием или их смесью.

Второй сыпучий материал из необязательного защитного слоя может быть песком, гравием или дробленым камнем.

Протяженность отверстия георешетки может составлять от приблизительно 10 до приблизительно 500 мм, включая от приблизительно 25 до приблизительно 100 мм.

Первый слой геоячейки может иметь высоту ячейки от приблизительно 50 до приблизительно 300 мм. Первый слой геоячейки может иметь размер ячейки от приблизительно 200 до приблизительно 600 мм.

По меньшей мере одна георешетка может быть изготовлена из полипропилена, полиэтилена, полиэстера, полиамида, арамида, углеродного волокна, ткани, металлической проволоки или сетки, стекловолокна, армированной волокном пластмассы, многослойного пластикового слоистого материала или поликарбоната.

В некоторых вариантах осуществления первый сыпучий материал имеет больший средний размер частиц, чем заполняющий материал внутри первого слоя геоячейки.

В некоторых дополнительных вариантах осуществления система дорожного покрытия дополнительно содержит необязательный вторичный сыпучий слой, помещенный на первый слой геоячейки; и второй слой геоячейки или второй слой георешетки, помещенный на вторичный сыпучий слой или поверх первого слоя геоячейки; при этом защитный слой помещается поверх второго слоя геоячейки или второго слоя георешетки.

Вторичный сыпучий слой может иметь толщину от приблизительно 1 до приблизительно 300 мм.

В других дополнительных вариантах осуществления система дорожного покрытия дополнительно содержит второй слой геоячейки или второй слой георешетки, помещенный непосредственно на первый слой геоячейки; при этом защитный слой помещается поверх второго слоя геоячейки или второго слоя георешетки.

В других предполагаемых вариантах осуществления слой геотекстильного материала может быть помещен в любом месте между земляным полотном дороги и защитным слоем. Такой слой может быть особенно полезным, если дорожное покрытие используется в месте, которое имеет высокий уровень грунтовых вод или воспринимает сильные дожди или затопления либо где мелкие частицы могут проникать вверх или вниз между слоями.

- 2 031977

Также раскрываются способы для установки системы дорожного покрытия поверх слабого земляного полотна дороги, имеющего Калифорнийский коэффициент плотности грунта (CBR) 4 или ниже, такого как вспучивающиеся глины или почвы, подверженные вспучиванию при замерзании, содержащие применение по меньшей мере одной георешетки к земляному полотну дороги для образования слоя георешетки слоя, при этом каждая из георешетки изготавливается из реберных элементов, которые пересекаются для образования отверстий георешетки; применение достаточного количества первого сыпучего материала поверх слоя георешетки, а затем уплотнение первого сыпучего материала для образования первого сыпучего слоя, который имеет среднюю толщину от 0,5 до 20 раз протяженности отверстия слоя георешетки; размещение по меньшей мере одной геоячейки на первом сыпучем слое; заполнение по крайней мере одной геоячейки заполняющим материалом для образования первого слоя геоячейки; возможное применение второго сыпучего материала поверх первого слоя геоячейки и уплотнении второго сыпучего материала для образования защитного слоя на слое геоячейки, при этом защитный слой имеет толщину от 0 до приблизительно 500 мм. Возможно, второй слой георешетки или геоячейки может быть помещен непосредственно на первый слой геоячейки или отделен от первого слоя геоячейки вторичным сыпучим слоем, изготовленным из сыпучего материала.

Способ может дополнительно содержать этап применения поверхностного слоя поверх защитного слоя, при этом поверхностный слой содержит асфальт, или бетон, или щебень. Способ может дополнительно содержать снятие почвы для обнажения слабого земляного полотна дороги.

В конкретных вариантах осуществления способ также содержит образование вторичного сыпучего слоя на слое геоячейки и помещение еще одной геоячейки или георешетки на вторичном сыпучем слое/поверх первого слоя геоячейки для образования второго слоя геоячейки или второго слоя георешетки под защитным слоем. Второй слой геоячейки или второй слой георешетки может быть разнесен от первого слоя геоячейки посредством расстояния от 0 до приблизительно 500 мм.

Также раскрывается усовершенствованная система дорожного покрытия, пригодная для длительного срока работы по сравнению с относительно слабым земляным полотном дороги, причем упомянутая система дорожного покрытия содержит последовательно снизу вверх: земляное полотно дороги, имеющее CBR ниже чем 4; георешетку, размещенную непосредственно на земляном полотне дороги или объединенную внутри слоем сыпучего материала; слой сыпучего материала на верхней части георешетки, при этом упомянутая толщина слоя изменяется от 0,5 до 20 раз протяженности отверстия георешетки; геоячейку, заполненную песком, щебнем, гравием, золой, повторно используемым асфальтовым дорожным покрытием (RAP), карьерным отсевом или их смесью; необязательно, еще один слой сыпучего материала, на который помещена вторая геоячейка или вторая георешетка; защитный слой, изготовленный из прессованного щебня, гравия или песка; и, возможно, поверхностный слой на основе асфальта, или бетона, или щебня.

Эти и другие не ограничивающие аспекты раскрытия описаны более подробно ниже.

Описание чертежей

Ниже приводится краткое описание чертежей, которые представлены для целей иллюстрации примеров осуществления, описанных здесь, а не для целей его ограничения.

Фиг. 1 представляет собой вид в разрезе обычной системы дорожного покрытия, которая не включает в себя слой геоячейки или слой георешетки.

Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе геоячейки в ее растянутом состоянии.

Фиг. 3 представляет собой увеличенный вид в перспективе полимерной ленты геоячейки по фиг. 2.

Фиг. 4 представляет собой вид в плане участка георешетки.

Фиг. 5 иллюстрирует систему дорожного покрытия согласно настоящему раскрытию, имеющую слой георешетки и слой геоячейки.

Фиг. 6 иллюстрирует другую систему дорожного покрытия, имеющую слой георешетки, затем первый слой геоячейки, затем второй слой геоячейки поверх первого слоя геоячейки.

Фиг. 7 иллюстрирует еще одну систему дорожного покрытия, имеющую первый слой георешетки, затем слой геоячейки, затем второй слой георешетки поверх слоя геоячейки.

Фиг. 8 представляет собой график, показывающий расчетную толщину несущего слоя (HSUB-A) обычной неармированной конструкции в зависимости от CBR земляного полотна дороги для получения желаемого модуля упругости несущего слоя (EV2-T).

Осуществление изобретения

Более полное понимание компонентов, процессов и приспособлений, описанных здесь, может быть получено со ссылкой на прилагаемые чертежи. Эти чертежи являются лишь схематическим представлением, основанным на удобстве и простоте демонстрации настоящего раскрытия, и, следовательно, не предназначены для определения относительного размера и размеров устройств или их компонентов и/или для определения или ограничения объема примеров осуществления.

Несмотря на специфические термины, используемые в следующем описании для ясности, эти термины предназначены для обозначения только конкретной структуры вариантов осуществления, выбранных для иллюстрации на чертежах, и не предназначены для определения или ограничения объема раскрытия. На чертежах и в приведенном ниже следующем описании следует понимать, что подобные циф

- 3 031977 ровые обозначения относятся к компонентам подобного назначения.

Численные значения в описании и формуле изобретения настоящей заявки следует понимать для включения численных значений, которые являются одинаковыми, когда обращаются к одинаковым значениям значащих цифр и численных значений, которые отличаются от указанного значения меньше, чем экспериментальная погрешность обычной методики измерения типа, описанного в настоящей заявке для определения значения.

Все интервалы, описанные здесь, являются включающими в себя указанные конечные точки и независимо комбинируемыми (например, диапазон от 2 до 10 мм включает конечные точки 2 и 10 мм и все промежуточные значения).

Значение видоизмененного термина или терминов, таких как приблизительно и по существу, может не быть ограничено точным установленным значением. Модификатор приблизительно также следует рассматривать как раскрытие диапазона, определенного абсолютными значениями двух конечных точек. Например, выражение от приблизительно 2 до приблизительно 4 также раскрывает диапазон от 2 до 4.

Когда Калифорнийский коэффициент плотности грунта (CBR) упоминается здесь, значение измеряется при условии, когда слой насыщен водой.

Настоящая заявка относится к системам дорожного покрытия, которые расположены на земле. Заявка также относится к различным слоям, расположенным непосредственно после или на или поверх друг друга. Когда второй слой представлен как расположенный относительно первого слоя, используя эти термины первый слой расположен глубже в земле, чем второй слой, или другими словами второй слой находится ближе к поверхности, чем первый слой. Отсутствует требование, что первый слой и второй слой непосредственно контактируют друг с другом; возможно еще один слой располагается между ними. Кроме того, каждый слой имеет длину, ширину и высоту/глубину/толщину. Длина и ширина будет относиться к размерам слоя в земле. Термины высота, глубина и толщина будут использоваться взаимозаменяемо для обозначения вертикального размера слоя.

Георешетки были использованы для устранения видов повреждений, описанных выше. Георешетка может быть изготовлена из полимеров (например, полиэфирных нитей или экструдированного полимера), которые расположены в сеть ребер и отверстий для обеспечения одноосного или двухосного растягиваемого укрепления почвы. Георешетка может включать в себя покрытие, которое обеспечивает дополнительные химические и механические преимущества. В качестве альтернативы лист может быть перфорированным, а затем вытянутым для образования георешетки, как это делается Tensar Corporation. Полиэфирная или полипропиленовая катанка или полосы также могут быть нагреты лазером или посредством ультразвука соединены вместе в виде сетки вместе в виде решетчатой структуры для образования георешетки. Георешетка, как правило, является механически и химически прочной, так что она может быть установлена в агрессивной почве или в водной среде. Георешетка представляет собой двумерную структуру и не имеет эффективной высоты, а имеет плоскую планарную структуру.

Геоячейки также были включены в системы дорожного покрытия для предотвращения видов повреждения. Геоячейка (также известная как сотовая удерживающая система (CCS)) представляет собой массив из удерживающих ячеек, напоминающий сотовую структуру, которая заполнена заполнителем. CCS представляют собой трехмерные структуры с внутренними векторами силы, действующими в пределах каждой ячейки против всех стенок, в то время как георешетки являются только двухмерными. Тем не менее, когда геоячейка используется для усиления основания или подстилающего слоя поверх слабого земляного полотна дороги, дорожное покрытие может до сих пор проваливаться из-за вытекания заполнителя из нижней части геоячейки и вниз к слабому земляному полотну дороги, и из-за недостаточной прочности при растяжении. Это приводит к нежелательному перепаду по модулю и пределу прочности при растяжении между основанием/подстилающим слоем и земляным полотном дороги, а также низкой характеристике прочности на растяжение вдоль его сопряжения.

Были выполнены исследования сочетания геоячеек и георешеток в рамках общей системы дорожного покрытия. Например, одна система помещала георешетку на слое земляного полотна дороги, затем помещала геоячейку непосредственно на армированный георешеткой слой земляного полотна дороги (т.е. в подстилающий слой) и заполняла геоячейку вынутым грунтом. Эти слои затем уплотнялись и покрывались сверху слоем чистого камня (0,75 дюйм в высоту). Тем не менее, эта система, использующая слой георешетки для земляного полотна дороги, с геоячейкой, располагаемой поверх лишь частично, решает выявленные проблемы, имеющие отношение к видам повреждения систем дорожного покрытия. Из-за высокой жесткости слоя геоячейки армированный георешеткой слой подвергается низким напряжениям. Поскольку георешетки требуют существенной деформации для того, чтобы содействовать значительному укреплению при растяжении, георешетка, таким образом, не в состоянии обеспечить заметное укрепление всей системы.

Настоящая заявка поэтому относится к улучшенным системам дорожного покрытия, пригодным для длительного срока работы поверх слабого земляного полотна дороги, которое имеет Калифорнийский коэффициент плотности грунта (CBR) 4 или ниже, или поверх вспучивающихся глин, или поверх почвы, которая является подверженной вспучиванию при замерзании (т.е. легкопромерзаемой почвы).

- 4 031977

Эти почвы могут включать органические глины, торф, болотистые почвы, монтмориллонитовые почвы и бентонитовые почвы. Системы дорожного покрытия по настоящему раскрытию включают в себя армированный георешеткой слой, который отделен от армированного геоячейкой слоя посредством слоя сыпучего материала. Еще один слой георешетки или слой геоячейки может быть помещен на верхней части первоначального армированного геоячейкой слоя. Эти системы являются весьма подходящими для использования, где напряжения также оказываются снизу дорожного покрытия (т.е. вверх).

Геоячейки (также известные как сотовые удерживающие системы (CCS)) представляют собой трехмерный геосинтетический продукт, который является полезным во многих геотехнических применениях, таких как предотвращение эрозии почвы, прокладка каналов, строительство армированных грунтовых подпорных стенок, а также поддержка дорожных покрытий. CCS является массивом из удерживающих ячеек, напоминающих сотовую структуру, которая заполнена наполнителем, который может быть несвязным грунтом, песком, гравием, щебнем, или любого другого типа заполнителем. CCS используются в гражданских инженерных применениях для предотвращения эрозии или обеспечения боковой поддержки, например подпорных стенках для почвы, в качестве альтернативы для стенок из мешков с песком, или гравитационных стенок, а также для проезжей части, дорожного покрытия, и железнодорожных оснований. Георешетки являются в целом плоскими (т.е. двумерными) и используются в качестве планарного укрепления, в то время как CCS представляют собой трехмерные структуры с внутренними векторами сил, действующими в пределах каждой ячейки против всех стенок. CCS также обеспечивают эффективное укрепление для относительно мелких фракций наполнений, таких как песок, суглинок и карьерные отходы.

Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе геоячейки в ее растянутом состоянии. Геоячейка 10 содержит множество полимерных лент 14. Смежные ленты соединены вместе вдоль дискретных физических швов 16. Соединение может быть выполнено путем соединения сшиванием или сварки, но, как правило, осуществляется с помощью сварки. Участок каждой ленты между двумя швами 16 образует стенку 18 клетки отдельной ячейки 20. Каждая ячейка 20 имеет стенки ячейки, изготовленные из двух различных полимерных лент. Ленты 14 соединены друг с другом таким образом, что при растяжении образуется сотовая структура из множества лент. Например, внешняя лента 22 и внутренняя лента 24 соединены вместе по швам 16, которые равномерно расположены по всей длине лент 22 и 24. Пара внутренних лент 24 соединена вместе вдоль шва 32. Каждый шов 32 находится между двумя швами 16. В результате, когда множество лент 14 растягиваются или расширяются в направлении, перпендикулярном к поверхностям лент, ленты изгибаются синусоидальным образом для образования геоячейки 10. На краю геоячейки, где концы двух полимерных лент 22, 24 встречаются, конец 26 сварки (также считается соединением) изготавливается на небольшом расстоянии от конца 28 для образования короткой хвостовой части 30, которая делает устойчивой две полимерные ленты 22, 24. Эта геоячейка также может называться секцией, в частности, когда объединяется с другими геоячейками поверх большей площади, чем можно было бы практически покрыть одной секцией.

Фиг. 3 представляет собой увеличенное изображение вида в перспективе полимерной ленты 14, показывающего длину 40, высоту 42 и ширину 44, со швом 16, показанным в качестве ссылки. Длина 40, высота 42 и ширина 44 измеряются в указанном направлении. Длина измеряется, когда геоячейка находится в ее сложенном или сжатом состоянии. В сжатом состоянии каждая ячейка 20 может рассматриваться не имеющей объем, в то время как растянутое состояние обычно относится к тому, когда геоячейка была растянута до ее максимально возможной функциональной возможности. В вариантах осуществления высота 43 геоячейки составляет от приблизительно 50 до приблизительно 300 мм. Размер ячейки геоячейки (измеряется как расстояние между швами в несложенном состоянии) может составлять от приблизительно 200 до приблизительно 600 мм.

Геоячейки могут быть изготовлены из линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП), полиэтилена средней плотности (ПЭСП) и/или полиэтилена высокой плотности (ПЭВП). Термин ПЭВП в дальнейшем относится к полиэтилену, отличающемуся плотностью, большей чем 0,940 г/см³. Термин полиэтилен средней плотности (ПЭСП) относится к полиэтилену, отличающемуся плотностью, большей чем 0,925 до 0,940 г/см³. Термин линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) относится к полиэтилену, отличающемуся плотностью от 0,91 до 0,925 г/см³. Геоячейки также могут быть изготовлены из полипропилена, полиамида, полиэфира, полистирола, натуральных волокон, тканого текстиля, смеси полиолефинов с другими полимерами, поликарбоната, армированного волокном пластика, текстиля или многослойного пластикового слоистого материала. Ленты, используемые для изготовления геоячейки, приварены друг к другу со смещением, с расстоянием между сварным швами, составляющим от приблизительно 200 до приблизительно 600 мм.

Обычная ширина стенки ленты для геоячейки составляет 1,27 мм, с некоторым изменением в диапазоне от 0,9 до 1,7 мм. Стенки ячейки могут быть перфорированными и/или тиснеными.

Фиг. 4 представляет собой увеличенный вид в плане участка георешетки 60. Георешетка изготовлена из реберных элементов 62, которые пересекаются друг с другом для образования отверстий 64 георешетки. Георешетка может быть изготовлена из полипропилена, полиэфирного полиэтилена, полиамида, арамидов (например, КЕВЛАРА), углеродного волокна, ткани, металлической проволоки или сетки,

- 5 031977 стекловолокна, армированной волокном пластмассы (например, смесей или сплавов), многослойных пластиковых слоистых материалов или поликарбоната. Как представлено здесь, отверстия георешетки имеют прямоугольную форму, но отверстия георешетки в целом могут иметь любую форму, в том числе квадратную, треугольную, круговую и т.д. Любая геометрия может быть использована. Реберные элементы занимают менее 50% от площади георешетки, или другими словами открытая площадь георешетки больше чем 50%.

Каждое отверстие георешетки имеет протяженность отверстия, которая составляет среднюю длину ребер, окружающих отверстие. Как показано здесь, например, в прямоугольном отверстии протяженность отверстия составляет среднюю длину более короткого реберного элемента 66 и более длинного реберного элемента 68. В вариантах осуществления протяженность отверстия для георешетки составляет от приблизительно 10 до приблизительно 500 мм или от приблизительно 25 до приблизительно 100 мм.

Геоячейка и георешетка могут отличаться по высоте их соответствующей ленты и реберного элемента. Г еоячейка имеет высоту по меньшей мере 20 мм, тогда как георешетка имеет высоту от приблизительно 0,5 до 2 мм.

Фиг. 5 представляет собой вид в разрезе примера системы дорожного покрытия по настоящему раскрытию. Как правило, армированный георешеткой слой отделен от армированного геоячейкой слоя посредством сыпучего материала.

Вначале образуется слой 60 георешетки на слое 50 земляного полотна дороги. Слой георешетки образуется по меньшей мере из одной георешетки. Следует отметить, что земляное полотно дороги может быть естественным земляным полотном дороги, или может быть химически модифицированным (например, с помощью извести, цемента, полимера, или зольной пыли), или может быть физически модифицированным (например, заменено более стабильным сыпучим материалом). Модифицированный участок земляного полотна дороги может иметь толщину, которая варьируется от приблизительно 50 до приблизительно 1000 мм.

Далее, первый сыпучий слой 70 помещается на слой 60 георешетки. Первый сыпучий слой содержит первый сыпучий материал, который может быть песком, гравием или дробленым камнем. Первый сыпучий слой имеет толщину 75 от 0,5 до 20 раз протяженности отверстия слоя георешетки. Следует отметить, что первый сыпучий материал может попадать/входить в отверстия георешетки слоя 60 георешетки. Если это желательно, первый сыпучий слой уплотняется.

Протяженность отверстия слоя георешетки, как правило, такая же, как протяженность отверстия георешеток, которые составляют слой георешетки, при условии, что все георешетки являются одинаковыми. В случае, когда различные георешетки с различными протяженностями отверстий используются в слое георешетки, протяженность отверстия слоя георешетки должна быть рассчитана как средняя протяженность отверстия, взвешенная по площади поверхности, покрываемой каждой георешеткой.

Далее, слой 80 геоячейки помещается на первый сыпучий слой 70. Слой геоячейки образован по меньшей мере из одной геоячейки 82, которая заполнена заполняющим материалом 84. Заполняющий материал уплотняется для придания жесткости заполнения. Примеры заполняющего материала включают песок, дробленый камень, гравий и их смесь. Другие более мелкие фракции сыпучих материалов могут быть также включены в заполняющий материал, при желании. В связи с этим, в некоторых вариантах осуществления первый сыпучий материал первого сыпучего слоя имеет более высокий средний размер частиц по сравнению со средним размером частиц заполняющего материала.

Сочетание слоя 60 георешетки с первым сыпучим слоем 70 необходимо для создания работающих на растяжение и сдвигающих сил, а также для надлежащей рабочей характеристики слоя 80 геоячейки. Сочетание слоя георешетки и первого сыпучего слоя обеспечивает (1) жесткий и непроницаемый настил, который позволяет создание высокой жесткости в слое геоячейки во время уплотнения заполняющего материала; (2) препятствие от заполнения мелкими частицами от земляного полотна дороги вверх в слой геоячейки; (3) сопряжение для высоких сдвигающих усилий и (4) механическое разделение между земляным полотном дороги и слоем геоячейки, позволяющее слою георячейки выступать в качестве жесткого и упругого балансира, в то же время сдерживающего его напряжения в области упругих деформаций.

При необходимости, защитный слой 90 затем помещается поверх слоя 80 геоячейки. Этот слой образован из уплотненных материалов, таких как дробленый камень, гравий или песок. Этот слой может рассматриваться как изготовленный из второго сыпучего материала.

При необходимости, поверхностный слой 100 может быть помещен на защитный слой 90, который распределяется поверх армированного геоячейкой слоя 80. Поверхностный слой может включать в себя асфальт, или бетон, или щебень.

Такая конструкция позволяет слою 60 георешетки деформироваться, так что слой георешетки может придавать жесткость и укреплять первый сыпучий слой 70, расположенный под слоем 80 геоячейки. Эта конфигурация значительно снижает напряжения и деформации, которые передаются земляному полотну 50 дороги и сопряжению между земляным полотном дороги и подстилающим слоем. Слой 60 георешетки и первый сыпучий слой 70 также обеспечивают жесткую основу для слоя 80 геоячейки за счет улучшения прочности при растяжении и характеристики прочности на сдвиг самой верхней зоны земля- 6 031977 ного полотна 50 дороги. Слой 60 георешетки увеличивает сопротивление усталости земляного полотна дороги и помогает уменьшить утечку вниз заполнителя из слоя геоячейки во время срока службы системы дорожного покрытия. Чтобы было ясно, первый сыпучий слой 70 отделяет слой 60 георешетки от слоя 80 геоячейки; при этом георешетка и геоячейка не контактируют друг с другом в собранном виде.

Слой 80 геоячейки функционирует как неподвижная и жесткая плита, которая распределяет напряжения по широкой площади системы дорожного покрытия и помогает избежать локальных чрезмерных напряжений. Эти локальные чрезмерные напряжения являются основной причиной для повреждения в системах дорожного покрытия, установленных поверх слабого земляного полотна дороги. Заполняющий материал может быть песком, гравием, или дробленым камнем, или их смесью.

Синергичное отношение создается между слоем георешетки и слоем геоячейки, когда они разнесены друг от друга посредством первого сыпучего слоя. Слой 60 георешетки расположен под слоем 80 геоячейки на расстоянии, позволяющем обеспечить достаточную степень деформации вдоль слоя георешетки, таким образом, что он может обеспечить повышение прочности при растяжении на земляном полотне дороги против напряжений, генерируемых путем расширения земляного полотна дороги. Конструкция согласно настоящему раскрытию способна поглощать большие механические напряжения упруго, с высоким сопротивлением усталости. В частности, системы дорожного покрытия по настоящему раскрытию демонстрируют улучшенное сопротивление к множественным механическим циклическим нагружениям, к множественным событиям расширения-сжатия земляного покрытия дороги и циклам замораживанияоттаивания в течение длительного периода времени.

Не желая быть связанными теорией, авторы полагают, что размещение только одного или нескольких слоев георешетки поверх земляного полотна дороги не будет достаточно результативным для прочности земляного полотна дороги в силу (1) недостаточного изгибающего момента и (2) недостаточной жесткости слоев георешетки. Точно так же, использование только слоя геоячейки поверх земляного полотна дороги не будет иметь успеха в силу (1) недостаточной прочности на растяжение и (2) тенденции заполнителя к текучести вверх/вниз, обусловленной давлением, прикладываемым движением транспорта, или расширением-сжатием почвы.

Настоящее изобретение также включает способы установки систем дорожного покрытия поверх слабого земляного полотна дороги. Как правило, почва удаляется для обнажения слабого земляного полотна дороги. Далее, по меньшей мере одна георешетка накладывается на земляное полотно дороги для образования слоя георешетки. Достаточное количество первого сыпучего материала затем наносится поверх слоя георешетки для образования первого сыпучего слоя, который имеет среднюю толщину от 0,5 до 20 раз протяженности отверстия слоя георешетки. По меньшей мере одна геоячейка помещается на первый сыпучий слой, а затем заполняется заполняющим материалом для образования слоя геоячейки. Второй сыпучий материал наносится поверх слоя геоячейки, а затем уплотняется для образования защитного слоя на слое геоячейки. При желании, поверхностный слой затем наносится поверх защитного слоя.

Фиг. 6 и 7 представляют собой виды в разрезе двух дополнительных вариантов осуществления систем дорожного покрытия, которые включают в себя дополнительные слои.

На фиг. 6 система дорожного покрытия включает в себя слой 60 георешетки, образованный на слое 50 земляного полотна дороги, первый сыпучий слой 70, помещенный на слое 60 георешетки, и слой 80 геоячейки, помещенный на первый сыпучий слой 70, как описано выше. Первый сыпучий слой 70 имеет толщину 75. Вторичный сыпучий слой 110 затем помещается на слой 80 геоячейки. Этот вторичный сыпучий слой может быть изготовлен из того же материала, что и первый сыпучий слой 70 или заполнение слоя геоячейки. Вторичный сыпучий слой можно рассматривать как образованный из третьего сыпучего материала (как выше описано, защитный слой образован из второго сыпучего материала). Вторичный сыпучий слой имеет толщину 115, которая может составлять от приблизительно 10 до приблизительно 500 мм. Второй слой 120 геоячейки затем помещается на вторичный сыпучий слой 110. Этот второй слой геоячейки также образован по меньшей мере из одной геоячейки и заполняется заполняющим материалом, как описано выше в отношении к слою 80 геоячейки. Защитный слой 90 затем помещается поверх второго слоя 120 геоячейки и, возможно, поверхностный слой 100 может быть помещен на защитный слой 90. Защитный слой и поверхностный слой могут быть изготовлены, как описано выше, на фиг. 5. Второй слой 120 геоячейки обеспечивает дополнительную прочность при растяжении для системы, сопротивление на изгиб от земляного полотна дороги, который может возникнуть в процессе расширения глины или цикла замораживания-оттаивания.

На фиг. 7 система дорожного покрытия включает в себя слой 60 георешетки, образованный на слое 50 земляного полотна дороги, первый сыпучий слой 70, помещенный на слое 60 георешетки, и слой 80 геоячейки, помещенный на первом сыпучем слое 70, как описано выше. Первый сыпучий слой 70 имеет толщину 75. Вторичный сыпучий слой 110 затем помещается на слой 80 геоячейки, который имеет состав, как описано выше. Вторичный сыпучий слой имеет толщину 115, которая может составлять от приблизительно 1 до приблизительно 300 мм. Второй слой 130 георешетки затем помещается на вторичный сыпучий слой 110. Второй слой георешетки образован по меньшей мере из одной георешетки. Защитный слой 90 затем помещается выше второго слоя 130 георешетки и, возможно, поверхностный слой 100 мо- 7 031977 жет быть помещен на защитный слой 90. Защитный слой и поверхностный слой могут быть изготовлены, как описано выше, на фиг. 5. Материал, используемый для образования защитного слоя, может попадать в отверстия второго слоя 130 георешетки. Второй слой 130 георешетки также обеспечивает дополнительную прочность при растяжении для системы, сопротивление на изгиб от земляного полотна дороги, который может возникнуть в процессе расширения глины или цикла замораживания-оттаивания.

В других предполагаемых вариантах осуществления второй слой георешетки или второй слой геоячейки могут быть помещены непосредственно на первый слой геоячейки после уплотнения заполнения в первом слое геоячейки. Не требуется никакой вторичный сыпучий слой. Расстояние между первым слоем геоячейки и вторым слоем георешетки или вторым слоем геоячейки, таким образом, может регулироваться в диапазоне от почти 0 до приблизительно 500 мм по мере необходимости для получения желаемого общего модуля дорожного покрытия и сопротивления усталости.

Кроме того, по желанию, слой геотекстильного материала может быть помещен в любом месте в системе дорожного покрытия между земляным полотном дороги и верхним слоем системы (т.е. слой геотекстильного материала никогда не находится на самом верхнем слое системы). Геотекстильный материал представляет собой двумерную проницаемую ткань, которая может быть тканой или нетканой, и используется, чтобы избежать потери или проникновения мелких частиц на поверхность дорожного покрытия. Геотекстиль может быть отделен от георешетки, потому что отверстия в георешетке достаточно велики, что позволяет почве проникать с одной стороны георешетки к другой, в то время как геотекстильный материал не позволяет проникновению почвы. Слой геотекстильного материала желательно использовать в районах, подверженных наводнениям, сильным дождям, или которые имеют высокий уровень грунтовых вод. Слой геотекстильного материала может быть выполнен из ткани, которая имеет удельный вес от 50 до 3000 г/м².

Настоящее раскрытие будет дополнительно проиллюстрировано в следующем, не ограничивающем рабочем примере, при этом следует понимать, что этот пример предназначен только для иллюстрации и что изобретение не предназначено, чтобы быть ограниченным материалами, условиями, параметрами процесса и тому подобным, указанным здесь.

Пример.

Железнодорожный путь идет поверх земляного полотна дороги из вспучивающейся глины, имеющей CBR 3 при насыщении водой. Эксплуатация пути требовалась периодически, и скорость поезда была ограничена по этому земляному полотну дороги. Традиционная конструкция сравнивалась с альтернативной конструкцией, которая описана в настоящем раскрытии.

Фиг. 8 представляет собой график, показывающий расчетную толщину несущего слоя (HSUB-A) в зависимости от CBR земляного полотна дороги для получения желаемого модуля упругости несущего слоя. Например, для получения модуля упругости 100 кПа с CBR земляного полотна дороги равным 3, несущий слой должен будет иметь толщину 750 мм. Этот модуль является достаточным для обычной конструкции железнодорожного дорожного покрытия в Израиле.

Обычная конструкция была подготовлена с использованием песка или извести для того, чтобы стабилизировать первые 600 мм земляного полотна дороги. Следующие 920 мм дробленого камня были нанесены и уплотнены, а затем 300 мм гравия были нанесены и уплотнены. Щебень и шпалы были затем помещены на систему дорожного покрытия.

Альтернативный вариант конструкции был разработан следующим образом. Модуль комбинации армированного георешеткой слоя и армированного геоячейкой слоя измерялся отдельно в модели дорожного покрытия, в котором были установлены слои на земляное полотно дороги с известным CBR. Воспринимающие давление элементы были расположены ниже слоя георешетки. Повышающееся давление было применено к верхней части слоя геоячейки посредством плиты или колеса транспортного средства до тех пор, пока не возникала пластическая (необратимая) деформация. На основании кривой падения давления модуль слоя вновь вычислялся. На основе пластической деформации после серии повторяющихся нагрузок оценивалась степень невосприимчивости к продолжительным нагрузкам.

В полевых условиях альтернативная конструкция была подготовлена посредством первого выравнивающего земляного полотна дороги. Первый слой георешетки был нанесен и покрыт слоем дробленого камня толщиной 200 мм. Первый слой геоячейки затем был нанесен поверх слоя дробленого камня. Первый слой геоячейки был высотой 150 мм, и геоячейки имели расстояние между швами 330 мм. Заполняющим материалом был дробленый камень. Вторичный сыпучий слой толщиной 50 мм был затем нанесен поверх первого слоя геоячейки и второй слой геоячейки той же конструкции, что и первый слой геоячейки, был нанесен. Щебень и шпалы были затем помещены на второй слой геоячейки.

Разница в необходимых материалах была весьма очевидной между двумя конструкциями. Обычная конструкция требует обработки 600 мм песком или известью, за которыми следуют 1220 мм сыпучих материалов. В отличие от этого, альтернативная конструкция требует только 750 мм сыпучих материалов, обеспечивая большую экономию.

Одногодичное исследование характеристики двух конструкций было проведено в Израиле. Обычная конструкция пострадала от пластических деформаций, которые непрерывно возрастали с течением времени. Результатом стали медленные скорости поезда, а техническое обслуживание требовалось через

- 8 031977 короткие промежутки времени. Альтернативная конструкция, использующая георешетку и два слоя геячейки, показала чистую упругую характеристику без каких-либо необратимых деформаций.

Следует понимать, что раскрытые выше варианты и другие признаки и функции или их альтернативы могут быть объединены в множество других различных систем или применений. Различные настоящие непредвиденные или незапланированные альтернативы, модификации, вариации или улучшения в них могут быть впоследствии сделаны специалистами в данной области, которые также охватываются нижеследующей формулой изобретения.

Claims (21)

1. Система дорожного покрытия, устанавливаемая поверх слабого земляного полотна (50) дороги, имеющего Калифорнийский коэффициент плотности грунта (CBR), равный 4 или ниже, и содержащая первый слой (60) георешетки, помещенный на земляное полотно (50) дороги и изготовленный по меньшей мере из одной георешетки, при этом каждая георешетка изготовлена из реберных элементов (66, 68), которые пересекаются, образуя отверстия георешетки;

первый сыпучий слой (70), помещенный на первый слой (60) георешетки и представляющий собой первый сыпучий материал, при этом первый сыпучий материал имеет среднюю толщину (75), составляющую 0,5-20 протяженности отверстия первого слоя (60) георешетки;

первый слой (80) геоячейки, помещенный на первый сыпучий слой (70) и содержащий по меньшей мере одну геоячейку (10), которая заполнена заполняющим материалом; и по выбору, защитный слой (90), помещенный поверх первого слоя (80) геоячейки и изготовленный из уплотненного второго сыпучего материала.

2. Система дорожного покрытия по п.1, дополнительно содержащая поверхностный слой (100), помещенный поверх первого слоя (80) геоячейки, при этом поверхностный слой (100) представляет собой асфальт, или бетон, или щебень, или сыпучий материал.

3. Система дорожного покрытия по п.1, в которой первый сыпучий материал является песком, гравием или дробленым камнем.

4. Система дорожного покрытия по п.1, в которой первый сыпучий материал также введен в отверстия георешетки первого слоя (60) георешетки.

5. Система дорожного покрытия по п.1, в которой заполняющий материал представляет собой песок, дробленый камень, гравий, повторно используемое асфальтовое дорожное покрытие (RAP), карьерный отсев или их смесь.

6. Система дорожного покрытия по п.1, в которой второй сыпучий материал защитного слоя (90) представляет собой песок, гравий или дробленый камень.

7. Система дорожного покрытия по п.1, в которой протяженность отверстия составляет от приблизительно 10 до приблизительно 500 мм.

8. Система дорожного покрытия по п.1, в которой первый слой (80) геоячейки имеет высоту ячейки от приблизительно 50 до приблизительно 300 мм.

9. Система дорожного покрытия по п.1, в которой первый слой (80) геоячейки имеет размер ячейки от приблизительно 200 до приблизительно 600 мм.

10. Система дорожного покрытия по п.1, в которой по меньшей мере одна георешетка изготовлена из полипропилена, полиэтилена, полиэстера, полиамида, арамида, углеродного волокна, ткани, металлической проволоки или сетки, стекловолокна, армированной волокном пластмассы, многослойного пластикового слоистого материала или поликарбоната.

11. Система дорожного покрытия по п.1, в которой средний размер частиц первого сыпучего материала превышает средний размер частиц заполняющего материала.

12. Система дорожного покрытия по п.1, дополнительно содержащая второй слой (120) геоячейки или второй слой (130) георешетки, помещенный поверх первого слоя (80) геоячейки; при этом защитный слой (90) помещен поверх второго слоя (120) геоячейки или второго слоя (130) георешетки.

13. Система дорожного покрытия по п.12, дополнительно содержащая вторичный сыпучий слой (110), имеющий толщину (115) от приблизительно 1 до приблизительно 300 мм, при этом вторичный сыпучий слой (110) расположен между (i) первым слоем (80) геоячейки и (ii) либо вторым слоем (120) геоячейки, либо вторым слоем (130) георешетки.

14. Способ для установки системы дорожного покрытия поверх слабого земляного полотна (50) дороги, имеющего Калифорнийский коэффициент плотности грунта (CBR), составляющий 4 или ниже, согласно которому укладывают по меньшей мере одну георешетку на земляное полотно дороги для образования первого слоя (60) георешетки, при этом каждая георешетка изготовлена из реберных элементов (66, 68), которые пересекаются, образуя отверстия георешетки;

накладывают достаточное количество первого сыпучего материала поверх первого слоя (60) георешетки и затем уплотняют первый сыпучий материал для образования первого сыпучего слоя (70), имеющего среднюю толщину (75), составляющую 0,5-20 протяженностей отверстия слоя георешетки;

- 9 031977 помещают по меньшей мере одну геоячейку на первый сыпучий слой (70);

заполняют по меньшей мере одну геоячейку заполняющим материалом для образования первого слоя (80) геоячейки;

по выбору, накладывают второй сыпучий материал поверх первого слоя (80) геоячейки и уплотняют второй сыпучий материал для образования защитного слоя (90) на первом слое (80) геоячейки, при этом защитный слой (90) имеет толщину от 0 до приблизительно 500 мм.

15. Способ по п.14, согласно которому дополнительно накладывают поверхностный слой (100) поверх защитного слоя (90), при этом поверхностный слой (100) представляет собой асфальт, или бетон, или щебень, или сыпучий материал.

16. Способ по п.14, согласно которому дополнительно снимают почву для открытия слабого земляного полотна (50) дороги.

17. Способ по п.14, согласно которому первый сыпучий материал и второй сыпучий материал являются самостоятельно песком, гравием или дробленым камнем.

18. Способ по п.14, согласно которому первый сыпучий материал также вводят в отверстия георешетки слоя (60) георешетки.

19. Способ по п.14, согласно которому заполняющий материал представляет собой песок, дробленый камень, гравий или их смесь.

20. Способ по п.14, согласно которому дополнительно помещают еще одну геоячейку или георешетку поверх первого слоя (80) геоячейки для образования второго слоя (120) геоячейки или второго слоя (130) георешетки под защитным слоем (90).

21. Способ по п.20, согласно которому второй слой (120) геоячейки или второй слой (130) георешетки отстоят от первого слоя (80) геоячейки на расстояние от 0 до приблизительно 500 мм.