RU2757452C1 - Culvert with a cellular structure with a minimum surface - Google Patents
Culvert with a cellular structure with a minimum surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2757452C1 RU2757452C1 RU2020127237A RU2020127237A RU2757452C1 RU 2757452 C1 RU2757452 C1 RU 2757452C1 RU 2020127237 A RU2020127237 A RU 2020127237A RU 2020127237 A RU2020127237 A RU 2020127237A RU 2757452 C1 RU2757452 C1 RU 2757452C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- culvert
- drainage
- cellular structure
- embankment
- subgrade
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
- E01C3/00—Foundations for pavings
- E01C3/06—Methods or arrangements for protecting foundations from destructive influences of moisture, frost or vibration
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01F—ADDITIONAL WORK, SUCH AS EQUIPPING ROADS OR THE CONSTRUCTION OF PLATFORMS, HELICOPTER LANDING STAGES, SIGNS, SNOW FENCES, OR THE LIKE
- E01F5/00—Draining the sub-base, i.e. subgrade or ground-work, e.g. embankment of roads or of the ballastway of railways or draining-off road surface or ballastway drainage by trenches, culverts, or conduits or other specially adapted means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
- Y02A30/60—Planning or developing urban green infrastructure
Abstract
Description
Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано при строительстве новых автомобильных и железных дорог, а также при реконструкции существующего земляного полотна (ЗП) с целью устройства дренирующих насыпей на периодических и постоянных водотоках с относительно малыми расходами воды.The invention relates to the field of road construction and can be used in the construction of new roads and railways, as well as in the reconstruction of the existing subgrade (RF) for the purpose of arranging drainage embankments on periodic and permanent streams with relatively low water consumption.
Известна конструкция основания для строительства водопропускных труб промысловых дорог и дорог с низкой интенсивностью движения, проходящих по болотистой местности, включающая промороженную торфяную плиту, теплоизоляционный слой, водопропускную трубу, грунт ЗП и систему охлаждения. Система охлаждения состоит из теплопроводных трубок, изготовленных из теплорассеивающей пластмассы, и заложенных в промороженную торфяную плиту, соединенных с выводами проводников холода на поверхность. Между водопропускной трубой и промороженной торфяной плитой уложен теплоизоляционный слой. (Патент РФ №2627342, Е01С 3/06, 2016 г.).Known design of the base for the construction of culverts of industrial roads and roads with low traffic intensity, passing through a marshland, including a frozen peat slab, an insulating layer, a culvert, soil ZP and a cooling system. The cooling system consists of heat-conducting pipes made of heat-dissipating plastic and embedded in a frozen peat slab, connected to the leads of cold conductors to the surface. An insulating layer is placed between the culvert and the frozen peat slab. (RF patent No. 2627342, E01C 3/06, 2016).
Известная конструкция предназначена для организации пропуска воды через тело насыпи на сложных болотистых участках местности, а также для повышения устойчивости и надежности конструкции за счет системы охлаждения грунтов. Монтаж известной системы проводят только при возведении дорожного полотна и, как следствие, проблемы, возникающие на уже существующих участках, не могут быть решены. Так же в теплое время года в данной конструкции необходимо прерывать связь проводников "холода" с системой, что говорит о дополнительных затратах на обслуживание.The known design is designed to organize the passage of water through the body of the embankment in difficult swampy areas of the terrain, as well as to increase the stability and reliability of the structure due to the soil cooling system. The installation of the known system is carried out only during the construction of the roadway and, as a result, the problems arising on the already existing sections cannot be solved. Also, in the warm season, in this design, it is necessary to interrupt the connection of the "cold" conductors with the system, which indicates additional maintenance costs.
Наиболее близким к заявляемому устройству является фильтрующая насыпь на слабых грунтах, которая содержит призму из сортированного скального грунта, ограниченную синтетическим нетканым материалом и по боковым граням контейнерами с сортированным скальным грунтом. В верхней и нижней гранях призмы уложены контейнеры, при этом уложенные по периметру контейнеры связаны между собой и в поперечном сечении образуют арку. Пространство внутри арки заполнено скальным грунтом или связанными или несвязанными между собой контейнерами со скальным грунтом (Патент РФ №2186170 E01F 5/00 2002 г.).The closest to the claimed device is a filtering embankment on soft soils, which contains a prism of sorted rocky soil, limited by synthetic nonwoven material and along the side edges of containers with sorted rocky soil. In the upper and lower faces of the prism, containers are stacked, while the containers laid along the perimeter are interconnected and form an arch in cross-section. The space inside the arch is filled with rocky soil or tied or unbound containers with rocky ground (RF Patent No. 2186170 E01F 5/00 2002).
Известное устройство предназначено для обеспечения устойчивости насыпи за счет исключения неравномерного воздействия сосредоточенной нагрузки вдоль ее продольной оси путем перераспределения стока воды в основании, что исключает размокание и потерю прочности грунтов, и возникновение просадок железнодорожного пути. Данная система позволяет пропускать небольшие периодические водотоки через тело насыпи. Недостатком этой системы является то, что она имеет ограниченные возможности пропуска воды. К недостаткам можно отнести и то, что добыча, фракционирование, укладка скального грунта - это технологический процесс с большими затратами материально-технических ресурсов. А заполнение, монтаж и связывание между собой контейнеров в виде арки можно отнести к трудоемкому технологическому процессу. Объемный вес крупнообломочного скального грунта составляет порядка 2,5-2,7 т/м3, поэтому для транспортировки больших объемов к месту укладки необходимо использовать значительное число единиц подвижного состава, в том числе автодорожного. Так же поры, которые образуются при укладке скального грунта, подвержены засорению и их невозможно очистить, из-за этого дренирующие свойства системы со временем ухудшаются. Диапазон применения фильтрующей насыпи очень узкий - на периодических и постоянных водотоках с расходом воды менее 5 м3/с. Причем допустимый расход воды зависит от формы камня и его размеров, контроль данных параметров при добыче и сортировке камня - это очень трудоемкий процесс. Данные параметры исключают возможность гибкого проектирования фильтрующей насыпи, под конкретные условия водотоков.The known device is intended to ensure the stability of the embankment by eliminating the uneven effect of the concentrated load along its longitudinal axis by redistributing the water flow at the base, which excludes soaking and loss of soil strength, and the occurrence of subsidence of the railway track. This system allows small periodic streams to pass through the body of the embankment. The disadvantage of this system is that it has a limited capacity for the passage of water. The disadvantages include the fact that the extraction, fractionation, laying of rocky soil is a technological process with large expenditures of material and technical resources. And the filling, installation and binding of containers in the form of an arch can be attributed to a laborious technological process. The volumetric weight of coarse rocky soil is about 2.5-2.7 t / m 3 , therefore, to transport large volumes to the place of laying, it is necessary to use a significant number of rolling stock units, including road. Also, the pores that form when laying rocky soil are prone to clogging and cannot be cleaned, because of this, the drainage properties of the system deteriorate over time. The range of application of the filter embankment is very narrow - on periodic and permanent streams with a water flow rate of less than 5 m 3 / s. Moreover, the permissible water consumption depends on the shape of the stone and its size, control of these parameters during the extraction and sorting of stone is a very laborious process. These parameters exclude the possibility of flexible design of the filter embankment, for specific conditions of watercourses.
Техническая задача заключается в улучшении дренирующих и водопропускных свойств насыпи ЗП, путем осуществления возможности регулирования процесса пропуска вод, а также, в перспективе, температурного режима основания насыпи.The technical task is to improve the drainage and culvert properties of the ZP embankment, by making it possible to regulate the water flow process, as well as, in the future, the temperature regime of the embankment base.
Сущность изобретения заключается в том, что водопропускное устройство, расположенное в теле ЗП на подготовленном, например, щебнем основании, включает фильтрующую часть, выполненную, например, из морозостойкого бетона на полимерной основе со структурой "гироид", с зоной изменения размеров ячеек от подошвы к бровке и от центра к краям вплоть до сплошного слоя и с водоотводным уклоном в полевую сторону, которая изготовлена при помощи технологии 3D-печати.The essence of the invention lies in the fact that the culvert, located in the body of the RFP on a base prepared, for example, with crushed stone, includes a filtering part made, for example, of frost-resistant concrete on a polymer basis with a "gyroid" structure, with a zone of changing the size of the cells from the bottom to the edge and from the center to the edges up to the continuous layer and with a drainage slope to the field side, which is made using 3D printing technology.
"Гироид" - непрерывная (без самопересечений) бесконечно повторяющаяся в трех измерениях ячеистая структура с минимальной поверхностью. Эта ячеистая структура представляет собой периодическую минимальную поверхность с туннельными каналами [1], в общем виде тригонометрически аппроксимируемую формулой:"Gyroid" - continuous (without self-intersections) infinitely repeating in three dimensions cellular structure with a minimum surface. This cellular structure is a periodic minimal surface with tunnel channels [1], in general form, trigonometrically approximated by the formula:
где x, y, z - неизвестные функции, от которых зависят геометрические размеры поверхности.where x, y, z are unknown functions on which the geometric dimensions of the surface depend.
Использование технологии 3D-печати для изготовления водопропускной конструкции позволяет изготавливать конструкцию из бетонных смесей на основе полимерных вяжущих, например метилметакрилата, которые по прочностным свойствам не уступают бетонам на основе портландцемента, но набирают прочность в разы быстрее (сто процентов за 24 часа), устойчивы к агрессивной среде и экологически чище. Также эта технология позволяет изготовить конструкцию сложной структуры "гироид", размеры и конфигурацию отверстий, которые возможно регулировать по формуле (1.1) на стадии проектирования согласно расчетам гидравлического режима и учета индивидуальных особенностей водотока. 3D-печать позволяет возводить конструкцию с различной величиной ячеек, вплоть до сплошной плиты в верхней части конструкции, которая будет предотвращать попадание грунта из тела насыпи в "гироид".The use of 3D printing technology for the manufacture of culverts makes it possible to manufacture a structure from concrete mixtures based on polymer binders, for example, methyl methacrylate, which are not inferior in strength properties to concretes based on Portland cement, but gain strength several times faster (one hundred percent in 24 hours), are resistant to aggressive environment and cleaner. Also, this technology makes it possible to manufacture a structure of a complex structure "gyroid", the size and configuration of the holes, which can be adjusted according to the formula (1.1) at the design stage according to the calculations of the hydraulic regime and taking into account the individual characteristics of the watercourse. 3D printing allows the construction of a structure with different cell sizes, up to a solid slab in the upper part of the structure, which will prevent soil from entering the "gyroid" from the embankment body.
Ячеистая структура "гироида" (фиг. 1) обеспечивает пропуск воды через тело ЗП. Объем ячеек в такой структуре составляет 78-82% от всего объема устройства. Масса устройства - это масса всего бетона, из которого состоит устройство. Она рассчитывается исходя из плотности материала, например, для бетонов на основе метилметакрилата составляющая 1400-1800 км/м3. И безразмерного переходного коэффициента от объема всего сооружения к объему бетона, который определяется разницей объема всего сооружения и объема ячеек, и может находиться в пределах от 0,22 до 0,18.The cellular structure of the "gyroid" (Fig. 1) provides the passage of water through the body of the RF. The volume of cells in such a structure is 78-82% of the total volume of the device. The mass of the device is the mass of all the concrete that makes up the device. It is calculated based on the density of the material, for example, for concretes based on methyl methacrylate, it is 1400-1800 km / m 3 . And the dimensionless transition coefficient from the volume of the entire structure to the volume of concrete, which is determined by the difference between the volume of the entire structure and the volume of the cells, and can range from 0.22 to 0.18.
Слой щебня служит для приведения в проектное положение водопропускного устройства и создания водоотводного уклона.A layer of crushed stone is used to bring the culvert to the design position and create a drainage slope.
Устройство устанавливают на проблемных участках дорожного основания, особенно в районах с вечной мерзлотой, где обнаружено обводнение основания насыпи, прогнозируются морозное пучении и/или просадка дорожного основания, деформации земляного полотна, связанные с деградацией мерзлоты, причиной которых является поровое давление, нарушение температурно-влажностного режима.The device is installed on problem areas of the road base, especially in areas with permafrost, where watering of the embankment base is detected, frost heaving and / or subsidence of the road base are predicted, deformations of the subgrade associated with permafrost degradation, which are caused by pore pressure, violation of temperature and humidity regime.
Преимущество изобретения заключается в том, что оно способствует пропуску воды через тело ЗП, качественно улучшает процесс проектирования водопропускного сооружения, повышает индустриальность изготовления, уменьшает трудоемкость технологического процесса, сокращает капитальные вложения и повышает экологические свойства технологии дренирующих сооружений дорожных насыпей в целом. Извилистые туннельные каналы, пронизывая тело устройства в трех направлениях, позволяют обеспечить морозную конвекцию и за счет этого - охлаждение основания в зимний период; в летний же период удерживать холодный воздух в нижней части, предотвращая деградацию мерзлоты. Данное устройство значительно выигрывает в весе, по сравнению с фильтрующими насыпями из скального грунта.The advantage of the invention lies in the fact that it facilitates the passage of water through the body of the RFP, qualitatively improves the design process of the culvert, increases the industrial production, reduces the labor intensity of the technological process, reduces capital investments and improves the environmental properties of the technology of drainage structures of road embankments in general. Winding tunnel channels, penetrating the body of the device in three directions, allow frost convection and, due to this, cooling of the base in winter; in the summer, keep cold air in the lower part, preventing the degradation of permafrost. This device has a significant weight gain over rocky filter banks.
Экологические свойства системы имеют следующие преимущества:The ecological properties of the system have the following advantages:
- непылящая технология монтажа;- dust-free installation technology;
- меньшие размеры строительной площадки, по сравнению с фильтрующими насыпями.- smaller size of the construction site, in comparison with filter embankments.
Изобретение проиллюстрировано следующим образом.The invention is illustrated as follows.
На фиг. 2 показано размещение водопропускного устройства 1 в теле ЗП 2 в поперечном разрезе.FIG. 2 shows the placement of the culvert 1 in the body of the
Водопропускное устройство 1, которое размещено в теле ЗП 2 на щебеночном основании 3. По верхним граням устройство 1 имеет сплошной слой 4, который получается в результате уменьшения диаметра ячеек водопропускного устройства от подошвы к бровке и от центра к краям.The culvert device 1, which is located in the body of the
Водопропускное устройство 1 устанавливают следующим образом. На щебеночное основание 3, используя автокран (не показан), производят монтаж водопропускного устройства 1 по проектным отметкам.The drainage device 1 is installed as follows. On the crushed
Шаг отверстий и их поперечные размеры, конфигурацию структуры "гироид" определяют из типового расчета водопропускных сооружений и характерных особенностей водотока. На результаты расчетов влияют тип водотока и расход воды с периодичностью, соответствующей своду правил [2].The pitch of the holes and their transverse dimensions, the configuration of the "gyroid" structure are determined from the standard calculation of culverts and the characteristic features of the watercourse. The calculation results are influenced by the type of watercourse and water discharge with a frequency corresponding to the set of rules [2].
Вода пропускается через водопропускное устройство 1. Сплошной слой 4 предотвращает попадание грунта насыпи ЗП 2 в ячейки водопропускного устройства 1. Ячеистая структура водопропускного устройства 1 позволяет сохранять термовлажностный режим основания ЗП 2, за счет постоянного обращения воздуха через извилистые туннельные каналы.Water is passed through culvert 1.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020127237A RU2757452C1 (en) | 2020-08-13 | 2020-08-13 | Culvert with a cellular structure with a minimum surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020127237A RU2757452C1 (en) | 2020-08-13 | 2020-08-13 | Culvert with a cellular structure with a minimum surface |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2757452C1 true RU2757452C1 (en) | 2021-10-15 |
Family
ID=78286665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020127237A RU2757452C1 (en) | 2020-08-13 | 2020-08-13 | Culvert with a cellular structure with a minimum surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2757452C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2796132C1 (en) * | 2022-04-27 | 2023-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Culvert structure with the use of rod structures of multifaceted structure |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU79896U1 (en) * | 2008-08-07 | 2009-01-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт транспортного строительства (ОАО ЦНИИС) | WATER GRAIN STRUCTURE AS A TWO-TIRE FILTERING BULK WITH A CORFRED PIPE |
| RU86603U1 (en) * | 2009-05-05 | 2009-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт транспортного строительства" (ОАО ЦНИИС) | COMBINED ANTI-ELIMINATION DEVICE ON STEEPALLY LOGGING LOGS WITH A WATER PIPING CONSTRUCTION |
| RU2381327C1 (en) * | 2008-09-29 | 2010-02-10 | Василий Петрович Ягин | Culvert under banked earth in conditions of permanently frozen grounds in periodic water course |
| CN204401390U (en) * | 2014-11-13 | 2015-06-17 | 长安大学 | A kind of novel pavement drainage system |
| US20170029968A1 (en) * | 2014-04-14 | 2017-02-02 | University Of Virginia Patent Foundation | Hierarchical cellular materials and method of making and using the same |
-
2020
- 2020-08-13 RU RU2020127237A patent/RU2757452C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU79896U1 (en) * | 2008-08-07 | 2009-01-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт транспортного строительства (ОАО ЦНИИС) | WATER GRAIN STRUCTURE AS A TWO-TIRE FILTERING BULK WITH A CORFRED PIPE |
| RU2381327C1 (en) * | 2008-09-29 | 2010-02-10 | Василий Петрович Ягин | Culvert under banked earth in conditions of permanently frozen grounds in periodic water course |
| RU86603U1 (en) * | 2009-05-05 | 2009-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт транспортного строительства" (ОАО ЦНИИС) | COMBINED ANTI-ELIMINATION DEVICE ON STEEPALLY LOGGING LOGS WITH A WATER PIPING CONSTRUCTION |
| US20170029968A1 (en) * | 2014-04-14 | 2017-02-02 | University Of Virginia Patent Foundation | Hierarchical cellular materials and method of making and using the same |
| CN204401390U (en) * | 2014-11-13 | 2015-06-17 | 长安大学 | A kind of novel pavement drainage system |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2796132C1 (en) * | 2022-04-27 | 2023-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Culvert structure with the use of rod structures of multifaceted structure |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103510441B (en) | Three-dimensional-drainage roadbed structure for preventing water damage of road in cold region and construction method thereof | |
| CN203498721U (en) | Three-dimensional drainage roadbed structure preventing damage by water of road in cold region | |
| CN210916847U (en) | Sidewalk floor tile and sidewalk thereof | |
| CN105544342A (en) | Permeable pavement based urban road time-delay drainage structure | |
| CN208649826U (en) | The pervious asphalt road of Collapsible Loess District | |
| CN112726325B (en) | Sidewalk drainage structure and combined drainage method of sidewalk drainage structure and drainage curb | |
| RU2573892C1 (en) | Road structure | |
| RU2757452C1 (en) | Culvert with a cellular structure with a minimum surface | |
| CN112900177A (en) | Composite geomembrane salt-separating water-blocking partition layer structure | |
| Ali | Manual RC box culvert analysis and designing | |
| CN111549603A (en) | Pavement considering water load coupling and construction method thereof | |
| RU2755102C1 (en) | Auto-road | |
| CN206503213U (en) | Scattered collection mating type waterproof and water drainage system for highway median strip | |
| CN212895755U (en) | Urban road sidewalk drainage device | |
| RU2691041C1 (en) | Method for erection of prefabricated road pavement | |
| RU2516603C1 (en) | Road structure | |
| CN111749073A (en) | Water permeable reconstruction technology based on existing road base layer | |
| CN111455755A (en) | Highway subgrade structure capable of preventing subgrade from softening | |
| Shinde et al. | Review Paper on the Study of Permeable Pavement | |
| RU2800165C1 (en) | Motor road | |
| RU2283910C2 (en) | Heat-insulation layer of road structure | |
| CN110700034A (en) | Novel distributed permeable pavement and paving method | |
| CN217810292U (en) | Drainage, antiskid highway | |
| CN220952753U (en) | Roadbed structure of saline soil road | |
| CN219137282U (en) | Water-permeable heat-insulating pavement structure for urban road in season frozen area |