Особенности реконструкции дорожных одежд с цементобетонными покрытиями

При реконструкции дорожных одежд с цементобетонными покрытиями обычно выполняют работы по усилению (повышению прочности) и уширению дорожной одежды.

В настоящее время можно применять следующие три способа усиления дорожных одежд с цементобетонными покрытиями:

· устройство слоев усиления из асфальтобетонных смесей поверх старого цементобетонного покрытия без нарушения его сплошности;

· то же с предварительным дроблением старого цементобетонного покрытия на мелкие блоки и тщательным уплотнением полученного таким образом материала основания,

· устройство слоя усиления из непрерывно армированного бетона поверх старого цементобетонного покрытия.

При этом, если материалы старого покрытия и слоя усиления имеют различные модули упругости, то сначала определяют расчетом прочности на растяжение при изгибе эквивалентную толщину плиты из разномодульных материалов, приведенную к толщине материала с наибольшим модулем упругости, а затем определяют требуемую толщину усиления:

(14)

где hэкв - толщина однородной плиты, см;

Ест.п. - модуль упругости материала старого покрытия, эквивалентный по жесткости на изгиб старому покрытию и слою усиления;

hст.п. - толщина старого покрытия;

Еус - модуль упругости материала, используемого для усиления, МПа;

hус - толщина усиления.

Для усиления дорожных одежд с цементобетонным покрытием рекомендуется применять полимер асфальтобетон в соответствии с техническими условиями ТУ 35-1669-88 «Вяжущие полимерно-битумные на основе ДСТ и полимер асфальтобетон», утвержденными Минтрансстроем СССР в 1988 г. [28].

Полимерасфальтобетон обладает повышенной прочностью, эластичностью и теплостойкостью в широком диапазоне эксплуатационных температур. Применение полимерасфальтобетона повышает трещиностойкость слоя усиления над поперечными швами старого цементобетонного покрытия.

Для приготовления полимерасфальтобетонных смесей следует использовать полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) на основе дивинилстирольного термоэластопласта (ДСТ) соответствующих марок.

В зависимости от вязкости ПБВ делятся на следующие марки ПБВ 40/60, ПБВ 60/90, ПБВ 90/130, ПБВ 130/200, ПБВ 200/300.

ПБВ получают введением в битум 2 - 4 % ДСТ от массы. В вязкие битумы ДСТ следует вводить в виде раствора в битумном сырье (гудроне) или жидком битуме. В качестве пластификаторов при приготовлении ПБВ используются индустриальные масла.

Введение 2, 3 и 4 % ДСТ дает возможность получить ПБВ с температурой перехода в хрупкое состояние -25, -35 и -50 °С соответственно. Для получения ПБВ с температурой перехода в хрупкое состояние -60 °С в битум необходимо вводить до 6 % ДСТ. Применение ПБВ с температурой перехода вяжущего в хрупкое состояние, соответствующей минимальной зимней температуре эксплуатации слоя усиления, обеспечивает трещиностойкость этого слоя, в особенности над поперечными швами усиливаемого покрытия.

Зерновой состав полимерасфальтобетонных смесей должен удовлетворять требованиям ГОСТ 9128-84 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон».

Полимерасфальтобетонные смеси должны удовлетворять требованиям ГОСТ 9128-84 для асфальтобетонных смесей соответствующих марок.

Контрольные испытания качества полимерасфальтобетона в покрытии следует производить по водонасыщению, набуханию, пористости минерального остова и остаточной пористости, а также по коэффициенту уплотнения.

Качество ПБВ устанавливают стандартными методами, принятыми для оценки свойств дорожных битумов. Кроме того, определяют однородность и показатель эластичности, характеризующий способность ПБВ к обратимым деформациям, в соответствии с ТУ 35-1669-88.

Слои усиления из непрерывно армированного бетона устраивают в соответствии с ВСН 4-75 «Временными техническими указаниями по проектированию и строительству непрерывно армированных цементобетонных дорожных покрытий и оснований в г. Москве», утвержденными Главмосинжстроем в 1974 г.

Слои усиления из непрерывно армированного бетона устраивают неограниченной длины и прерывают их только перед искусственными сооружениями (мостами, путепроводами и т.д.). Концевые участки слоев усиления из непрерывно армированного бетона должны быть закреплены неподвижными упорами траншейного или свайного типа.

Слои усиления должны обеспечивать прочность и ровность дорожной одежды в течение заданного срока службы под воздействием автомобильных нагрузок и климатических факторов.

Толщина слоя усиления из непрерывно армированного бетона определяется расчетом.

При усилении дорожной одежды с цементобетонным покрытием толщина слоя усиления из непрерывно армированного бетона может составлять 10 - 12 см. Слой усиления из непрерывно армированного бетона следует укладывать непосредственно на старое цементобетонное покрытие без устройства изолирующих и выравнивающих прослоек.

Для армирования покрытий должна применяться арматура периодического профиля. Диаметр арматуры следует подбирать с учетом минимального раскрытия трещин и принятой технологии строительства. Армирование покрытий можно осуществлять плоскими сварными или вязаными сетками, сварными каркасами, отдельными арматурными стержнями. Непрерывную арматуру следует располагать на расстоянии 1/3 ... 1/2 hус (hус - толщина слоя усиления) от поверхности слоя усиления (рис. 30). Арматурные каркасы ставятся симметрично относительно нейтральной оси слоя усиления.

Поперечные швы (сжатия и расширения) на слое усиления не устраивают. Продольные швы в зависимости от количества поперечной арматуры устраивают через 3,75 м по типу ложных или через 7,5 м по типу шпунта (рис. 31).

Непрерывность армирования обеспечивается нахлесткой стержней в продольном и поперечном направлениях.

Рис. 29. Конструкция стыкового соединения нового дорожного покрытия с существующим:

1 - армирующий элемент; 2 - верхний слой покрытия асфальтобетонного; 3 - нижний слой покрытия из асфальтобетона; 4, 5 - слои основания из тощего бетона; 6 - слой щебня; 7 - морозозащитный слой из песка; 8 - существующее земполотно; 9 - фрезерование существующего асфальтобетонного покрытия; 10 - существующее цементобетонное покрытие; 11 - существующее асфальтобетонное покрытие

Рис. 30. Принципиальные схемы дорожных одежд с непрерывно армированными покрытиями:

1 - непрерывно армированное бетонное покрытие; 2 - песчано-цементная смесь; 3 - черный щебень; 4 - тощий бетон; 5 - песок; 6 - теплоизолятор (стиропорбетон, пенопласт и др.)

Рис. 31. Конструкции продольных швов:

а - шов по типу ложного; б - шов по типу шпунта; 1 - бетонная плита покрытия; 2 - арматурная сетка; 3 - битумная мастика

Длина нахлестки должна быть не менее: в продольном направлении - 30 - 35d; в поперечном направлении - 25d (где d - диаметр стержней), и во всех случаях не менее 250 мм. Поперечные стыки смежных сеток должны располагаться вразбежку с шагом не менее 50 см. Для армирования слоя усиления следует применять следующие виды арматурных сталей: стержневая горячекатанная периодического профиля класса А-II диаметром от 10 до 20 мм, класса А-III диаметром от 6 до 20 мм; стержневая, упрочненная вытяжкой периодического профиля класса А-IIв диаметром от 10 до 20 мм, класса А-IIIв диаметром от 6 до 20 мм.

Расчет на прочность слоя усиления из непрерывно армированного бетона производят в соответствии с ВСН 4-75 [2] «Временные технические указания ...» и с ВСН 29-76 «Технические указания по оценке и повышению технико-эксплуатационных качеств дорожных одежд и земляного полотна автомобильных дорог», утвержденными Минавтодором РСФСР в 1976 г.

Концевые упоры траншейного типа (рис. 32) устраивают следующим образом. В старом покрытии перфораторами с компрессором устраивают поперечные прорези на ширину бетонных шпор, вблизи поперечных швов отрывают поперечные траншеи экскаватором; устанавливают в траншеях арматурные каркасы; укладывают и уплотняют бетонную смесь; отделывают верхнюю поверхность бетонных шпор. Арматурные каркасы должны иметь выпуски, свариваемые в последующем с непрерывной арматурой покрытия.

Перед бетонированием слоя усиления арматуру в виде плоских сеток или каркасов устанавливают на подкладках, уложенных на основание. Подкладки могут быть изготовлены из арматуры любого класса или из бетона того же состава, который применяется для устройства слоя усиления.

Работы по устройству слоя усиления должны производиться непрерывно. Рабочие поперечные швы устраивают следующим образом. По окончании смены устанавливают упорную доску с прорезями для пропуска продольной арматуры. Перед возобновлением укладки бетона доску удаляют и торец плиты смачивают водой.

Слои усиления из непрерывно армированного бетона могут применяться и при реконструкции дорожных одежд нежесткого типа.

Из трех способов усиления дорожных одежд с цементобетонным покрытием предпочтительнее устройство слоя усиления из непрерывно армированного бетона. В этом случае слой усиления имеет свойства, близкие к свойствам материала существующего покрытия (цементобетона); кроме того, объемы и стоимость работ по ремонту дорожной одежды после ее усиления будут минимальными.

На практике усиления цементобетонных покрытий производят путем укладки слоев асфальтобетона, причем конструкция, тип и марка асфальтобетона и технология производства работ определяются в зависимости от технической категории дороги и дорожно-климатической зоны.

Для автомобильных дорог высших категорий, а также дорог, расположенных и в I - III дорожно-климатической зонах, применяют асфальтобетонные смеси типов А или Б первой марки.

Подготовительные работы при этом направлены в основном на устранение дефектов цементобетонного покрытия:

· полностью разрушенные плиты удаляются и заменяются на новые монолитные, изготовленные на месте или на заводах ЖБИ;

· пустоты над плитами и нарушение уклонов исправляются путем профилирования основания (при этом плиты снимаются) или нагнетания под плиты песка или цементного раствора;

· сколы кромок и углов плит устраняют путем укладки асфальтобетонных (мелкозернистых или песчаных) смесей при толщине слоя до 6 см и цементобетонных более 6 см;

· искажения продольного и поперечного профилей устраняют путем укладки выравнивающего слоя из песчаного или мелкозернистого асфальтобетона асфальтоукладчиками, оснащенными системами автоматики;

· восстанавливают швы существующего покрытия и заливают их герметизирующей мастикой.

Перед укладкой выравнивающего слоя или покрытия производят розлив горячего битума (0,3 - 0,5 л/м2) или битумной эмульсии (0,6 - 0,8 л/м2).

Технология производства работ при усилении дорожных одежд с учетом повышения трещиностойкости слоя может выполняться следующими способами:

· путем укладки толстыми слоями за один проход (толщина слоя 10 - 18 см в России, 14 - 26 см за рубежом);

· использованием асфальтобетонных смесей на основе ПБВ;

· армированием асфальтобетона взонах швов цементобетонного покрытия геоматериалами;

· армированием асфальтобетонных смесей металлическими или полимерными волокнами;

· путем устройства в асфальтобетоне деформационных швов над швами существующего цементобетонного покрытия.

Наибольший эффект достигается при комплексном использовании нескольких способов одновременно.

В технологии укладки асфальтобетона толстыми слоями за один проход наибольшую сложность вызывает уплотнение, так как необходимо применять тяжелые катки массой 15 - 25 т и увеличивать число проходов катка по одному следу. Температура воздуха при укладке не должна быть ниже 5 °С, а температура смеси - не ниже 140 °С.

Для повышения эффективности уплотнения фирмы «Фегеле» и «АБГ» (Германия) разработали конструкции брусьев высокого уплотнения для асфальтоукладчиков (рис. 33).

Рис 32. Схема сопряжения анкеров с непрерывно армированным покрытием:

а - анкер траншейного типа; б - анкер свайного типа; 1 - покрытие; 2 - непрерывная арматура; 3 - выпуск арматуры из анкеров; 4 - бетонная шпора; 5 - соединение по типу шпунта; 6 - арматурный каркас; 7 - железобетонная свая; 8 - дополнительная арматурная сетка

Рис. 33. Схема расположения уплотняющего оборудования для асфальтоукладчиков фирмы «АБГ» (Германия):

1 - шнек, 2, 3 - трамбующий брус, 4 - виброплита

Рабочие органы представляют собой комбинацию трамбующих брусьев (прессующих планок) и виброплит. Амплитуда колебаний трамбующих брусьев последовательно составляет 0 ... 12 мм и 3 ... 8 мм, а виброплит 1,5 ... 2,5 и 0,5 ... 1,2 мм.

В конструкции рабочих органов фирмы «АБГ» предусмотрена возможность статического пригруза задней кромки виброплиты, а в конструкции фирмы «Фегеле» предусмотрено две секции уплотнения с чередованием трамбующих брусьев и виброплиты.

По зарубежным данным, достигалась степень уплотнения асфальтобетона до 1,02 - 1,03 после прохода асфальтоукладчика. При испытаниях в нашей стране асфальтоукладчиков этих фирм была достигнута степень уплотнения 0,96 - 0,99. Окончательное уплотнение проводилось пневмошинными и комбинированными катками массой 16 - 24 т.

Широкое использование асфальтобетонных смесей с ПБВ при реконструкции МКАД показало, что необходимо обеспечивать высокую точность дозирования полимера (применялся отечественный ДСТ), так как даже небольшая передозировка его вызывала невозможность уплотнения смеси из-за повышенной деформативности.

Армирование геоматериалами выполняется как непосредственно на контакте асфальтобетона с цементобетоном (в выравнивающем слое), так и в верхних слоях покрытия. Ширина укладываемого материала составляет 1,2 - 2,0 м над швами цементобетонного покрытия, причем для крепления геоматериалов применяют способы: приклейки (вязким битумом или битумной эмульсией) или крепления скобами или специальными гвоздями.

При использовании геополотен производится их пропитка битумом (норма 0,8 - 1,0 л/м2).

Армирование асфальтобетонных смесей волокнами различной природы связано с усложнением приготовления смесей и ухудшением их дозирования. Металлические волокна представляют собой отрезки длиной 20 - 40 мм, диаметром 0,3 - 0,6 мм. Их содержание изменяется в пределах 0,5 - 2,0 %. При содержании 2,0 % прочность на изгиб слоя толщиной 5 см составила 8,0 - 12,5 МПа в зависимости от типа асфальтобетона. Однако, чтобы устранить возможные проколы шин, эти смеси следует укладывать в основание или выравнивающий слой.

Полимерные волокна применяют как в виде отдельных отрезков (длина 5 - 40 мм), так и непрерывными нитями. Во втором случае обработка производится непосредственно на полотне дороги, когда волокна набрасываются воздухом на грунтовку (дозировка 80 - 120 г/м2).

По поверхности может быть проведен розлив битума и рассыпан щебень (технология типа поверхностной обработки) или черный щебень. Затем укладывается слой асфальтобетона. При использовании обрезков волокон можно приготавливать смеси на АБЗ или производить работы на месте.

Устройство деформационных швов позволяет исключить бессистемное трещинообразование в асфальтобетоне покрытия. Поперечные швы в асфальтобетоне устраиваются над швами расширения, а при их отсутствии через 10 - 30 м в зависимости от средней температуры холодного месяца. Перед укладкой асфальтобетона над швами в цементобетоне укладывают рубероид или пергамин в два слоя на ширину не менее 7 толщин слоя асфальтобетона. Ширина шва 1,2 - 1,7 см, глубина не менее 1/3 толщины асфальтобетона, но не более толщины верхнего слоя при многослойном покрытии.

Устройство швов производится нарезчиками в полностью уплотненном и остывшем асфальтобетоне. Заполнение швов мастикой производится до наступления холодного периода времени и открытия движения транспорта.