Способы реконструкции дорожных одежд

В тех случаях, когда ось существующей дороги совпадает с проектной осью этой дороги после реконструкции, а красные отметки практически не требуют изменения, возможны различные варианты перестройки дорожной одежды, выбор которых осуществляют на основе технико-экономических соображений.

Указанные варианты включают следующее:

а) полную разборку существующей дорожной одежды с использованием полученного материала при строительстве новой дорожной одежды, укреплении обочин, строительстве объездных дорог, подъездов и т.д.

Полная разборка дороги производится в тех случаях, когда под воздействием движения и погодно-климатических факторов ее износ и разрушение таковы, что использование существующей одежды в основании реконструируемой дорожной одежды технически не целесообразно (коэффициент прочности существующей дорожной одежды Кпр менее 0,4; дренирующий слой не способен выполнять свои функции вследствие заиливания или разрушения, на дорожной одежде наблюдаются частые проломы, составляющие более 3 % ее площади).

Полная разборка старой дорожной одежды производится и в том случае, когда намечается существенно увеличить высоту насыпи или углубить выемку;

б) разрушение существующей дорожной одежды, особенно слоев из монолитных материалов, и использование ее в качестве верхнего слоя основания. В этом случае увеличивается вероятность предотвращения возможности появления отраженных трещин в верхних слоях (трещины, повторяющие существующие в старом покрытии).

Такой способ реконструкции применяют, когда существующая дорожная одежда включает слои из цементобетона различных типов или материалов, укрепленных значительными дозами цемента и сохранивших в достаточной степени свою монолитность, но существенно снизивших ровность поверхности одежды, изобилующей трещинами и другими подобными деформациями. Отдельные блоки разрушенного слоя не должны превышать 0,5 м.

Асфальтобетонное покрытие в таких случаях на всю или большую часть толщины снимают способом холодного фрезерования, в дальнейшем его используют на асфальтобетонном заводе в качестве добавки для производства новой асфальтобетонной смеси. Возможно применение продукта фрезерования для укрепления обочин.

Разрушенный слой основания перед укладкой верхнего слоя должен быть тщательно уплотнен. Такой способ реконструкции дорожной одежды был применен на магистрали Москва - аэропорт Домодедово, где ранее построенное цементобетонное покрытие было перекрыто асфальтобетоном значительной толщины.

Через несколько лет после перекрытия на асфальтобетонном покрытии появилось значительное количество отраженных и других трещин, существенно снизилась ровность покрытия, что привело к необходимости реконструкции. В процессе реконструкции существующие слои из асфальтобетона были сняты холодным фрезерованием. Нижележащий цементобетон разрушен и уплотнен виброкатками. Затем уложены слои асфальтобетона общей толщиной до 18 см;

в) разрушение существующей дорожной одежды, ее уширение и усиление новым материалом с укладкой соответствующих верхних слоев;

г) сохранение существующей дорожной одежды, ее ямочный ремонт либо горячая, холодная или комбинированная регенерация асфальтобетонного покрытия с последующей укладкой слоя усиления. Для предотвращения появления отраженных трещин возможно применение синтетической сетки.

Такой способ реконструкции технико-экономически целесообразен при коэффициенте прочности существующей дорожной одежды более 0,8 и состоянии покрытия, допускающем проведение соответствующего ремонта [1];

д) сохранение существующей дорожной одежды, ее уширение, ямочный ремонт, горячая, холодная или комбинированная регенерация, при необходимости укладка синтетической сетки и устройство слоя усиления.

Данный случай аналогичен указанному в п. «г», но при недостаточной ширине проезжей части.

При существующем переходном покрытии из щебня или гравийного материала его рыхлят на глубину имеющих место выбоин, профилируют и уплотняют. Затем укладывают слои усиления в виде усовершенствованного покрытия. Для рыхления и профилирования может быть использован автогрейдер с навесным кирковщиком, для уплотнения - самоходные катки на пневмошинах или комбинированные.

При реконструкции дорог обычно производят усиление дорожной одежды. Это наиболее частый вид реконструкции.

Усиление существующей дорожной одежды должно обеспечивать общую ее прочность, соответствующую требованиям перспективного движения в конце срока службы усиленной одежды. Срок службы должен соответствовать требованиям «Технических правил ремонта и содержания автомобильных дорог» ВСН 24-88 [27]. При капитальном типе покрытия на дорогах I категории этот срок (Тсл) в зависимости от дорожно-климатической зоны и уровня надежности составляет 14 - 20 лет (большие значения для южных районов страны и меньшего уровня надежности). На дорогах II и III категории соответственно Тсл = 11 - 16 лет. При облегченном типе покрытия на дорогах III категории Тсл = 10 - 15 лет, а на дорогах IV и V категорий Тсл = 8 - 12 лет.

Основанием для назначения толщины слоя усиления должны быть результаты диагностики и оценки состояния автомобильных дорог, проводимых в соответствии с «Правилами диагностики» ВСН 6-90 [16].

Для определения перспективной интенсивности движения к концу срока службы дорожной одежды могут быть рекомендованы следующие формулы:

в случае роста интенсивности движения по геометрической прогрессии

Nт = Nн(1 + q)Т-1; (6)

в случае роста интенсивности движения по линейной зависимости

Nт = Nн[1 + q(Т - 1)], (7)

где Nт - интенсивность движения в год Т, который принимают равным сроку службы Тcл дорожной одежды, авт/сут;

Nн - начальная интенсивность движения, соответствующая году сдачи реконструированной дороги в эксплуатацию, авт/сут;

q - расчетный показатель ежегодного прироста интенсивности движения, определяемый как средний годовой прирост по данным измерения фактической интенсивности движения за ряд предыдущих лет (измеряется в относительных величинах), в случае снижения интенсивности движения величина q является отрицательной.

Перспективная интенсивность движения должна быть приведена к расчетной нагрузке в соответствии с «Инструкцией» ВСН 46-83 [6].

По данным оценки прочности существующей дорожной одежды, проводимой в соответствии с ВСН 6-90 [16] или «Указаниями» ВСН 52-89 [32], вычисляют средний фактический модуль упругости Ефср по однообразным участкам (участки, имеющие одинаковые грунт земляного полотна, конструкцию дорожной одежды, расчетную схему увлажнения по СНиП 2.05.02-85, интенсивность движения, приведенную к расчетной нагрузке).

В случае расчета слоя усиления, исходя из величины Ефср, уровень надежности усиленной конструкции будет равен 0,5. С целью повышения уровня надежности в соответствии с «Правилами диагностики» [16] рекомендуется вычислять оптимизированный расчетный модуль упругости дорожной одежды Еор по формуле

Еор = Ефср(1 - вЕСЕ); (8)

где вЕ - коэффициент гарантийной вероятности, оптимизирующий величину среднего фактического модуля и зависящий от типа дорожной одежды, интенсивности и состава движения, фактической и требуемой прочности, однородности по прочности;

СЕ - коэффициент вариации фактических модулей упругости дорожной одежды.

Требуемая прочность дорожной одежды для определения толщины слоев усиления может быть установлена по «Инструкции» ВСН 46-83 [6], но в этом случае необходим расчет по трем критериям (модулю упругости, сопротивлению сдвигу грунта земляного полотна и малосвязных слоев дорожной одежды, сопротивлению растяжению при изгибе монолитных слоев). Поскольку в результате оценки прочности существующей дорожной одежды имеются только данные о фактических модулях упругости, для расчета толщины слоев усиления может быть рекомендовано определение требуемого расчетного модуля упругости Етр.р, учитывающего все три расчетных критерия [11, 16]:

Етр.р = (Етр · Кп · Кs + D) · Кк · Км, (9)

где Етр - требуемый модуль упругости, зависящий от типа покрытия и интенсивности движения, приведенной к расчетной нагрузке [6, 16], Па (МПа);

Кп - коэффициент прочности, зависящий от типа дорожной одежды и категории дороги [6, 16];

Кs - коэффициент, учитывающий необходимость обеспечения требуемой ровности [11, 16];

D - поправка, введение которой обеспечивает выполнение требования к прочности грунта земляного полотна по сдвигу, Па (МПа);

Кк - коэффициент, учитывающий условия прочности песчаного слоя по сдвигу, Па (МПа);

Км - коэффициент, который учитывает условия прочности верхних слоев из асфальтобетона при изгибе, Па (МПа).

Более поздние исследования, выполненные на кафедре строительства и эксплуатации дорог МАДИ-ТУ, позволили рекомендовать для определения требуемого модуля упругости дорожной одежды нежесткого типа формулу, которая более полно учитывает проблему обеспечения работоспособности дорожной одежды за счет ограничения снижения ровности и соответственно скорости движения допустимыми пределами [12]:

Етр.р = Кдв · 0,736 · Ко · a1,225 (Nр.с) (10)

где Кдв - коэффициент, учитывающий характер движения автомобилей (при суммарном движении расчетных автомобилей по одной полосе Nр.с с за срок службы, изменяющемся в пределах от 5 · 104 авт. до 107 авт., величина Кдв изменяется в пределах 1,06 - 1,18);

Ко - поправочный коэффициент, учитывающий влияние типа дорожной одежды (при капитальном типе Ко = 1; при облегченном Ко = 0,9);

a - соотношение показателей конечной и начальной ровности дорожной одежды, соответствующее снижению максимальной скорости движения одиночного легкового автомобиля в допустимых пределах (в случае допустимого снижения скорости на 40 % a = 2,9).

Введение суммарного движения расчетных автомобилей Nр.с в формулу (10) связано с тем, что процесс снижения ровности дорожной одежды происходит, главным образом, за счет накопления остаточных деформаций под влиянием общего количества повторяющихся автомобильных нагрузок.

Для вычисления требуемого расчетного модуля упругости с необходимым уровнем надежности применяют формулу

Етр.р = Етр(1 + t · СЕO) = Етр · КЕ, (11)

где t - коэффициент нормированного отклонения, соответствующий заданному уровню надежности (для дорог I и II категорий рекомендуется коэффициент надежности 0,95 - t = 1,64; для дорог III категории 0,90 - t = 1,28; для дорог IV категории 0,85 - t = 1,04; для дорог V категории 0,6 - t = 0,25);

СЕO - коэффициент вариации ожидаемого модуля упругости дорожной одежды, зависящий от вероятности дефектов в слоях дорожной одежды и земляного полотна (для дорожных одежд капитального типа СЕO = 0,18; для дорожных одежд облегченного типа СЕO = 0,20);

КЕ - коэффициент, учитывающий необходимый уровень надежности конструкции дорожной одежды в зависимости от вероятности дефектов в слоях дорожной одежды и земляном полотне, КЕ = 1 + t · СЕO, при капитальной дорожной одежде для дорог I - IV категорий КЕ = 1,30 - 1,19; при облегченной одежде для дорог II - V категорий КЕ = 1,33 - 1,05; при переходной одежде для дорог III - V категорий КЕ = 1,32 - 1,06).

Суммарное движение за срок службы дорожной одежды, приведенное к расчетной нагрузке Nр.с, следует вычислять по формуле

Nр.с = fпол · ΣNСI · SIC · КU, (12)

где fпол - коэффициент, учитывающий распределение автомобилей по полосам движения, аналогичный такому же коэффициенту в Инструкции ВСН 46-83 [5];

NСI - суммарное количество проходов i-го типа, авт,

SIC - суммарный коэффициент приведения к расчетной нагрузке воздействия на дорожную одежду транспортного средства i-го типа;

n - число типов автомобиля;

КU - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (при капитальной одежде на дорогах II - IV категорий КU = 1,49 - 1,31, при облегченной одежде для дорог II - V категорий КU = 1,47 - 1,06; при переходной одежде для дорог III - V категорий КU = 1,19 - 1,04).

NСI = NiI · КC · тр.дн. · Кпу, 13)

где NiI - суточная интенсивность движения автомобилей i-го типа в первый год службы автомобильной дороги, авт/сут.;

КC - коэффициент суммирования, зависящий от срока службы дорожной одежды Тсл (годы) и показателя изменения интенсивности движения автомобилей данного типа по годам qi (при распространенном расчетном сроке службы капитальных дорожных одежд Тcл = 15 лет и величине qi, меняющейся в пределах 0,95 - 1,05, значение КС находится в пределах 11 - 12, величина КС с уменьшением qi снижается, а с увеличением qi возрастает);

Тр.дн. - количество расчетных дней в году, учитывающее различные условия накопления остаточных деформаций в разные периоды года и зависящее от дорожно-климатических условий (по данным проведенных исследований, в зависимости от дорожно-климатической зоны и типа местности по условиям увлажнения Тр.дн. может лежать в пределах от 60 до 140 сут.);

Кпу - коэффициент поперечной установки автомобиля, который учитывает неточное попадание последовательно движущихся автомобилей в один след, что несколько снижает активность воздействия автомобильной нагрузки (в среднем Кпу = 0,7).

В процессе расчета слоев усиления необходимо учитывать, что материал этих слоев не должен быть по качеству ниже, чем материал существующего покрытия. Например, при асфальтобетонном покрытии слой усиления должен быть также из асфальтобетона.