Усиление и уширение дорожных одежд

Усиление дорожной одежды можно осуществить без уширения и с уширением проезжей части. Уширение чаще всего совмещают с усилением дорожной одежды. Возможны три основных способа повышения прочности дорожной одежды:

• строительство нового покрытия на старой дорожной одежде;

• замена верхнего слоя или всех слоёв покрытия с сохранением или с усилением основания;

• полная замена всей дорожной одежды с учётом перспективы роста интенсивности движения.

Первый способ по сравнению с другими требует меньших первоначальных затрат, но применим, когда недостаточная прочность дорожной одежды связана с частичной потерей прочности материалов или слоёв покрытия. Перед укладкой слоёв устраняют повреждения на старом покрытии (выбоины, трещины) и при необходимости укладывают выравнивающий слой.

На старых гравийных и щебеночных покрытиях (необработанных или обработанных органическим вяжущим) слой целесообразно устраивать из ВОМС. На старых дорожных одеждах облегчённого типа можно использовать чёрный щебень прочных пород в горячем или тёплом состоянии, с пропиткой битумным шламом на основе битумных паст. Толщину слоя и глубину пропитки назначают в зависимости от требуемой прочности дорожной одежды, при этом минимальная толщина 5 см, максимальная - 10 см.

Для способа пропитки используют мало- или среднепористый битумный шлам типа В (согласно техническим указаниям) с массовой долей зёрен крупнее 2 мм в минеральном материале не более 10 %. В целях придания битумному шламу требуемую текучесть в него добавляют пластификатор (абиетат натрия, СДБ и др.) - 0,03…0,06 мас. %.

Чёрный щебень укладывают щебне- или асфальтоукладчиком на предварительно очищенное старое покрытие.

170

Уплотняют слой катками на пневматических шинах (массой 6…8 т) за два-три прохода по каждому следу. Сразу после остывания чёрного щебня разливают битумный шлам (расход 20…40 кг/м²). Для распределения шлама используют навесные распределители к пасторастворовозу ПС-402.

Для усиления асфальтобетонных покрытий необходимо максимально использовать старый асфальтобетон. С этой целью применяют технологию регенерации способами термопрофилирования или удаления. Способ удаления заключается в том, что покрытие разрыхляют на глубину, превышающую толщину верхнего слоя не менее чем на 3 см, а разрыхлённый асфальтобетон регенерируют на месте или используют повторно на другом объекте.

Если усиливают дорожную одежду традиционным способом, поверх старого покрытия укладывают один или несколько слоёв асфальтобетона. Старое покрытие очищают с помощью механических щёток и смачивают органическим растворителем (соляровым маслом, керосином) в количестве 0,1…0,15 л/м² с помощью краскопульта или распылителя; затем поверхность подгрунтовывают жидким битумом по норме 0,3…0,5 л/м².

При наличии неровностей на старое покрытие прежде необходимо уложить выравнивающий слой. Если глубина неровностей более 5 см, применяют крупнозернистую пористую смесь или щебень, обработанный битумом. При меньшей толщине укладывают мелкозернистую смесь асфальтоукладчиками с последующим уплотнением катками.

Серьезная проблема при строительстве новых слоёв асфальтобетона на существующем покрытии - возникновение на новом покрытии так называемых отражённых трещин. Сравнительно тонкие слои асфальтобетона (до 5 см и даже более) уже через год-два воспроизводят трещины и неровности старого покрытия, на котором они уложены. По исследованиям проф. Н.Н. Иванова, слой асфальтобетона может сопротивляться образованию трещин от деформаций нижележащего слоя, если его толщина более 12 см.

Для борьбы с отражёнными трещинами устраивают промежуточные слои или трещинопрерывающие прослойки (мембраны). Во многих странах этот слой называют SAMI (Stress Absorbent Membrane Interlager) - промежуточный слой, поглощающий напряжения.

По своему функциональному назначению промежуточные слои подразделяют на армирующие, которые повышают сопротивление асфальтобетона разрыву в зоне растяжения, и снижающие, перераспределяющие и поглощающие эти напряжения.

Промежуточные слои устраивают из резинобитумных смесей, битумоминеральных смесей с разными добавками, битумоминеральных смесей, усиленных сетками из искусственных материалов или из металла либо усиленных волокнами целлюлозы, пропитанной битумом и других материалов. Толщина этих слоёв составляет 5…50 мм и более.

171

Так, например, под слой усиления из асфальтобетона толщиной 10 см и более рекомендуется устраивать промежуточный слой из щебня фракции 8…11 мм, обработанного вяжущим, модифицированным с помощью высокопрочных полимеров, с расходом вяжущего 3…3,5 кг/м² и щебня 8…15 кг/м², а под слоем усиления 4 см и меньше рекомендуется уложить полипропиленовую сетку массой 140 кг/м² с распределением модифицированного битума с расходом 1,3…1,6 кг/м².

Широкое распространение находят различные способы усиления промежуточного слоя укладкой металлической сетки или сетки из полипропилена в виде решётки из высокопрочных полимеров, применение которой позволяет более равномерно распределять нагрузку на нижележащие слои, воспринимать растягивающие напряжения и локализовать развитие трещин (рис. 17.10).

Применение решеток из синтетического материала позволяет экономить до 25 % смеси при усилении асфальтобетонных покрытий. Аналогичные сетки выпускаются во многих странах.

Имеется опыт устройства промежуточного слоя толщиной 1,5…2 см из песчаного асфальтобетона с добавкой резиновой крошки и большим количеством битума. Этот слой снижает и перераспределяет напряжения в местах появления трещин, поглощает внутренние пластические деформации, а также обеспечивает водонепроницаемость. Для приготовления такого материала используют пески непрерывного зернового состава от 0…3 до 0…6 мм. В основном применяют дробленые пески с небольшим количеством окатанного песка. В качестве вяжущего используют модифицированный полимерами битум в количестве 9…12,5 %. За счёт добавления волокон резины увеличивается трещиностойкость этого материала.

Второй способ усиления дорожной одежды состоит в замене верхнего слоя или всех слоёв покрытия с сохранением существующего основания дорожной одежды.

Рис. 17.10. Локализация трещин в дорожной одежде при укладке

решетки из синтетического материала (размеры даны в сантиметрах):

а – общий вид решетки; б – дорожная одежда без прокладки;

в - дорожная одежда с прокладкой

172

Его применяют, если на старом покрытии много повреждений в виде сетки трещин и выбоин, связанных с существенной потерей прочности материала покрытия или его слоёв. Кроме того, этот способ целесообразен в тех местах, где нельзя увеличивать толщину покрытия (например, на мостах во избежание снижения их грузоподъемности, в тоннелях или на участках под путепроводами, во избежание уменьшения габаритов по высоте). Асфальтобетонные слои снимают с помощью фрез.

Третий способ предусматривает полную замену всей дорожной одежды. Это может потребоваться при потере прочности материалов или слоев основания, необходимости строительства новых дополнительных слоёв основания (дренирующего, теплоизолирующего), а также при исправлении земляного полотна. В каждом случае рекомендуется максимально использовать материал старой дорожной одежды.

Цементобетонное покрытие чаще всего усиливают путём укладки одного или нескольких слоёв асфальтобетона. Однако, чтобы избежать образования трещин, усиление должно состоять из нескольких слоёв с общей толщиной 9…18 см. Перед укладкой асфальтобетонной смеси швы в цементобетонном покрытии расчищают, заливают битумом и цементным раствором, посыпают песком и для исключения сцепления слоёв швы закрывают полиэтиленовой плёнкой, бумагой, пропитанной битумом, или посыпают тонким слоем песка (0,8…1,0 см) на ширину 0,5…0,8 м с каждой стороны шва.

Другим вариантом усиления цементобетонных покрытий, обеспечивающим снижение образования трещин, является укладка слоя асфальтобетона толщиной 4…8 см поверх предварительно проложенной полипропиленовой плёнки или нетканых материалов.

За рубежом усиливают прочность и устраняют поверхностные дефекты, укладывая армированный или неармированный бетон (или фибробетон) различной толщины. Слой толщиной 7…8 см армируют металлической сеткой с ячейками размерами 10×30 см. Армированные бетонные покрытия могут быть небольшой толщины.

Уширение дорожной одежды можно осуществлять двумя вариантами: одностороннее (несимметричное) уширение и двустороннее уширение. При одностороннем уширении дорожной одежды, как правило, устраивают выравнивающий слой, и новое покрытие на всю ширину проезжей части (рис. 17.11, а).

Двустороннее уширение может быть выполнено двумя способами:

устройством полос уширения дорожной одежды на уширенном с двух сторон земляном полотне (рис. 17.11, б);

173

Рис. 17.11. Схемы уширения дорожной одежды

а – одностороннего; б, в – двустороннего; 0-0 – старая ось дорожной одежды;

1-1 – новая ось дорожной одежды; 1 – верхний слой нового покрытия; 2 – выравнивающий слой;

3 – верхний слой старого покрытия и продолжения его на уширении; 4 – нижний слой старого покрытия; 5 – основание; 6 – дополнительный слой основания; 7 - уступы

уширение проезжей части на ширину, в 2 раза меньшую ширины обочины, или на ширину краевых укреплённых полос (т. е. с каждой стороны на 0,25…0,75 м) без уширения земляного полотна (рис. 17.11, в).

В первом случае на обочине вдоль кромки покрытия подготавливают корыто до низа дополнительного слоя основания (дренирующего или морозозащитного).

Дну корыта придают поперечный уклон 30…170 ‰ в сторону обочины для обеспечения водоотвода из основания. При устройстве полос малой ширины (0,25…0,75 м) применяют траншеекопатели и приспособления к машинам, в числе которых навесные и прицепные плуги, накладки на отвал автогрейдера или бульдозера, а также механизмы для уширения проезжей части.

Технологический процесс устройства дорожной одежды на полосах уширения включает в себя обрезку кромки покрытия с помощью дисковых пил, навешиваемых на трактор, послойную отсыпку основания с тщательным уплотнением каждого слоя, строительство покрытия. На полосах уширения при необходимости устраивают поверхностную обработку, захватывая на 0,2…0,3 м прикромочную полосу старого покрытия. Поверхностную обработку целесообразно устраивать сразу на всю ширину, перекрывая старое покрытие и полосы уширения.

174

Во втором случае после уширения и уплотнения земляного полотна до нижней поверхности дополнительного слоя основания (дренирующего или морозозащитного) отсыпают материал для уширения основания, затем укладывают и уплотняют его и вровень с ним отсыпают и уплотняют грунт в пределах образуемой новой обочины. После этого укладывают выравнивающий слой (при необходимости), а поверх него - новый верхний слой покрытия на всю ширину проезжей части. Затем укрепляют обочины и окончательно отделывают земляное полотно.

Для обеспечения лучшего сопряжения нового и старого покрытий Ю.А. Аливер предложил применять различные способы армирования асфальтобетона на участках уширения дорожных одежд.

На рис. 17.12 показано однослойное армирование продольного шва при расширении существующей дороги. В этом случае армирующий рулонный геосинтетический материал 8 укладывают под верхний слой асфальтобетона 1 или непосредственно на подготовленную поверхность цементобетонного основания. В конструкции дорожной одежды такой материал воспринимает растягивающие усилия, возникающие от температурных и транспортных нагрузок, и сдерживает развитие трещин в зоне стыка. При этом длина анкеровки должна быть не менее 0,5 м, а для жёстких материалов (стеклосетки, полиамидные сетки) - больше.

Армирование зоны стыка новой и старой дорожных одежд может быть осуществлено двумя слоями из высокопрочных рулонных геосинтетиков.

Рис. 17.12. Однослойное армирование продольного шва (размеры даны в сантиметрах):

1 – мелкозернистый асфальтобетон; 2 – крупнозернистый асфальтобетон; 3 – тощий бетон;

4 – щебень; 5 – песок; 6 – булыжная мостовая; 7 – асфальтобетон;

8 – рулонный геосинтетик

175

Такой способ армирования является более эффективным и надёжным, поскольку армоэлементы воспринимают гораздо большие растягивающие усилия.

Кроме того, компенсируются возможные дефекты при нарушении технологии укладки геосинтетиков. В этом случае верхнюю армирующую прослойку можно сделать из менее прочного материала.

Вариант армирования зоны стыка новой и старой дорожных одежд, в котором армирующий геосинтетический материал предотвращает выход отражённой

трещины на поверхность, а нижняя прослойка из нетканого геотекстиля пропитана

битумом, существенно снижает коэффициент сцепления нижнего и верхнего слоёв.

За счёт этого горизонтальные подвижки (смещения) нижних слоёв не передаются к верхним слоям дорожной одежды. В результате снижаются действующие напряжения в верхних слоях. Кроме того, геотекстильная прослойка, пропитанная битумом, предотвращает попадание воды и воздуха с поверхности в нижние слои дорожной одежды. Вместо нетканого геотекстиля можно применять высокопрочные композиции, например TRC-grid (Colbond, Германия), PGM (Polyfelt, Австрия), сочетающие нетканый геотекстиль и армирующую геосинтетическую сетку (геосетку). Это позволит армировать верхний слой и снизить сцепление между асфальтобетоном и цементобетонным основанием.

Одной из причин появления трещин в местах стыка старого и нового покрытий является разность осадок основания и покрытия. Основание старого покрытия находится в стабильном состоянии (уже прошёл процесс консолидации), новое основание может иметь деформации. Под нагрузкой от транспортных средств в новом основании могут возникать необратимые деформации. Разность осадок нового и старого оснований повлечёт за собой вертикальные перемещения новой дорожной одежды, что, в свою очередь, вызовет появление трещин в асфальтобетонных слоях в зоне сопряжения. Для увеличения прочности нового основания и уменьшения осадок можно армировать его объёмными пластиковыми геосинтетическими решетками (георешетками) и высокопрочными рулонными геосинтетическими материалами.

Армирование сопряжения старой и новой дорожных одежд может быть выполнено в одной вертикальной плоскости, представляющей собой зону максимальной концентрации напряжений. Эти напряжения можно существенно уменьшить, если расширить зону стыка.

Эффективным может быть также вариант сопряжения, в котором уступ выполнен с разборкой асфальтoбeтoнa нa всю глубину до центра цементобетонного основания. В этом случае уступ заполняется тощим бетоном и слоем асфальтобетона. Верхние слои асфальтобетона армируют рулонными геосинтетическими материалами со смещением.

Возможны и другие варианты армирования продольного сопряжения старой и новой дорожных одежд, которые обеспечивают надёжность их совместной работы.

176