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 её прочности: 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 он, 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 влажных органоминеральных смесей. 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 %. С целью придать битумному шламу требуемую текучесть в него добав­ляют пластификатор (абиетат нат­рия, СДБ и др.) — 0, 03—0, 06 % по массе.

Чёрный щебень укладывают щеб­не- или асфальтоукладчиком на предварительно очищенное старое по­крытие. Уплотняют слой катками на пневматических шинах (6—8 т) за два-три прохода по каждому следу. Сразу после остывания чёрного щеб­ня разливают битумный шлам (его 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, ког­да толщина более 12—15 см.

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

По своему функциональному назначению промежуточные слои делятся на армирующие, которые повышают сопротивление асфальтобетона разрыву в зоне растяжения, и снижающие, перераспределяющие и поглощающие эти напряжения. Промежуточные слои могут устраиваться из резинобитумных смесей, битумоминеральных смесей с разными добавками, битумоминеральных смесей, усиленных сетками из искусственных материалов или из металла, или усиленных волокнами целлюлозы, пропитанной битумом и других материалов. Толщина этих слоёв колеблется от 5 до 50 мм и более.

Так, например, под слой усиления из асфальтобетона толщиной 10 см и более рекомендуется устраивать промежуточный слой из щебня фракции 8—11, 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 весом 140 кг/м² с распределением модифицированного битума с расходом 1, 3—1, 6 кг/м² [8].

Широкое распространение находят различные способы усиления промежуточного слоя путём укладки металлической сетки или сетки из полипропилена в виде решётки из высокопрочных полимеров, применение которого позволяет более равномерно распределять нагрузку на нижележащие слои, воспринимать растягивающие напряжения и локализовать развитие трещин (рис. 17.9). Применение этого материала позволяет экономить до 25 % смеси при усилении асфальтобетонных покрытий. Аналогичные сетки выпускаются во многих странах.

Рис. 17.9. Локализация трещин в дорожной одежде при укладке решётки из синтетического материала:

а — общий вид материала Tensar; б — дорожная одежда без прокладки; в — то же, с прокладкой

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. 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 см) на ширину 0, 5—0, 8 м с каждой стороны шва. Другим вариантом усиления цементобетонных покрытий, обеспечивающим снижение образования тре­щин, является укладка 4—8-санти­метрового слоя асфальтобетона 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 размером 10х30 см. Армированные бе­тонные покрытия обладают преиму­ществом — они могут быть неболь­шой толщины.

Уширение дорожной одежды. Воз­можны два варианта: одностороннее (несимметричное) и двустороннее. При одностороннем уширении до­рожной одежды, как правило, устраи­вают выравнивающий слой и новое покрытие на всю ширину проезжей части (рис. 17.10, а).

Рис. 17.10. Схемы уширения дорожной одежды:

0-0 — старая ось дорожной одежды; 1-1 — новая ось; 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

Двустороннее уширение может быть выполнено двумя способами: устройством полос уширения до­рожной одежды на уширенном с двух сторон земляном полотне (рис. 17.10, б), 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. 17.10, 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, чтобы обеспе­чить водоотвод из основания. При устройстве полос малой ширины (0, 25—0, 75 м) применяют траншее­копатели и приспособления к маши­нам, в том числе 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 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.

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 применяют различные способы армирования асфальтобетона на участках уширения дорожных одежд (рис. 17.11—17.14) (Аливер Ю.А. Применение геосинтетических материалов для повышения трещиностойкости асфальтобетонных покрытий на реконструируемых участках автомобильных дорог // (Применение геосинтетических и геопластиковых материалов при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог. — М., — 2001. — 162 с. — (Тр. / Союздорнии; Вып. 201).

На рис. 17.11 показано однослойное армирование продольного шва при расширении существующей дороги. В этом случае армирующий рулонный геосинтетический материал устанавливают под верхний слой асфальтобетона 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.

Рис. 17.11. Однослойное армирование продольного шва:

1 — мелкозернистый асфальтобетон; 2 — то же, крупнозернистый; 3 — тощий бетон; 4 — булыжная мостовая;
5 — щебень; 6 — песок; 7 — асфальтобетон; 8 — рулонный геосинтетик

Армирование зо­ны стыка новой и старой дорожных одежд может быть осуществлено двумя слоями из высокопрочных рулонны­х геосинтетиков. 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 (фирма Colbond, Германия), PGM (фирма Polyfelt, Австрия), сочетающие нетканку и армирующую 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. 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 георешетками и высокопрочными рулонными геосинтетиками (9 и 10, рис. 17.12).

Рис. 17.12. Армирование асфальтобетона и песчаного слоя основания (обозначения см. рис. 17.11):

9 — объёмная пластиковая решётка; 10 — рулонный геосинтетический материал

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.

На рис. 17.13 показан вариант сопряжения, в котором фрезерование старого покрытия выполнено уступом, а армирование новых слоёв асфальтобетона — двухслойным с соответствующим смещением верхнего армоэлемента относительно нижней прослойки.

Рис. 17.13. Армирование при фрезеровании старого покрытия уступом (обозначения см. рис. 17.11)

Эффективным может быть также вариант сопряжения, в котором уступ выполнен с разборкой асфальтoбeтoнa нa всю глубину до центра цементобетонного основания (рис. 17.14). В этом случае уступ заполняется тощим бетоном 3 и слоем асфальтобетона 2. Верхние слои асфальтобетона армируют рулонными геосинтетическими материалами со смещением.

Рис. 17.14. Комбинированное укрепление зоны стыка (обозначения см. рис. 17.11):

11 — высокопрочный рулонный геосинтетический материал

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