Земляная одежда для дорог

Всё об асфальтировании / Справочник / Дорожная одежда

Общие сведения о дорожной одежде

Дорожная одежда — конструктивный элемент автомобильной дороги, представляющий собой многослойное искусственное сооружение (каждый слой которого выполнен из дорожно-строительного материала разной прочности), воспринимающее нагрузку от транспортных средств и передающее ее на грунт земляного полотна, обеспечивающее расчетный срок службы и транспортно-эксплуатационные показатели дороги.

Строительство автомобильной дороги слагается из поэтапного сооружения отдельных ее элементов, важнейшим из которых по значению и стоимости является дорожная одежда. Совокупные затраты на устройство дорожной одежды могут составлять 60–70 % от общей стоимости строительства дороги. Состоянием дорожной одежды определяется допустимая скорость, а также безопасность дорожного движения.

Конструкция дорожной одежды

Типовая конструкция автомобильной дороги представляет собой дорожную одежду и земляное полотно, на которое опирается дорожная одежда. Воспринимая нагрузку от транспортных средств, дорожная одежда передает ее на верхнюю часть земляного полотна (рабочий слой). Помимо этого, дорожная одежда испытывает целый комплекс как внешних, связанных с погодно-климатическими факторами, так и внутренних воздействий, связанных с грунтово-гидрологическими условиями местности.

Возникающие в дорожной одежде вертикальные и горизонтальные напряжения от воздействия транспорта затухают с глубиной. Этим фактором обусловлена многослойность конструкции дорожной одежды, каждый слой которой создается из дорожно-строительного материала разной прочности.

В верхних слоях дорожной одежды преобладают напряжения и деформации растяжения, в нижних слоях — сжатия и сдвига. Традиционный способ создания дорожной одежды предполагает применение материалов с убывающей жесткостью, прочностью и другими свойствами материалов по толщине. В верхних слоях применяются наиболее прочные и жесткие материалы, а с увеличением расстояния от поверхности дорожной одежды до грунта земляного полотна прочность и жесткость дорожно-строительных материалов снижается.

Типовая дорожная одежда состоит из 2 конструктивных элементов:

Дорожного покрытия (верхнего слоя или пакета слоев дорожной одежды).
Дорожного основания (нижнего слоя или пакета слоев дорожной одежды).

Дорожное покрытие

Дорожное покрытие — верхняя, наиболее прочная часть дорожной одежды, непосредственно воспринимающая нагрузку от транспортных средств и подвергающаяся воздействию погодно-климатических факторов. Дорожное покрытие обеспечивает такие транспортно-эксплуатационные качества дороги как ее ровность и коэффициент сцепления (шероховатость).

В зависимости от типа дорожной одежды (капитальности и жесткости), а также категории автомобильной дороги, дорожное покрытие может включать следующие слои:

Слой износа (поверхностный защитный слой).
Верхний слой или пакет слоев.
Нижний слой или пакет слоев.

Слой износа (защитный слой) — тонкий поверхностный слой дорожного покрытия, устраиваемый с целью повышения шероховатости покрытия, увеличения срока службы верхнего слоя покрытия за счет исключения его износа, а также для защиты конструктивных слоев дорожной одежды от влаги, проникания атмосферных осадков и агрессивных жидкостей. Слои износа могут устраиваться путем поверхностной обработки покрытия литыми эмульсионно-минеральными смесями (по технологии сларри-сил, микросюрфейсинг и др.), а также путем традиционного асфальтирования с применением ЩМА, литых или уплотняемых асфальтобетонных смесей. Слои износа и защитные слои покрытия, как правило, не учитываются при расчете общей прочности дорожной одежды и в процессе эксплуатации дороги периодических обновляются (по мере истирания и износа).

Дорожное основание

Дорожное основание — нижняя часть дорожной одежды, расположенная под дорожным покрытием и обеспечивающая совместно с ним перераспределение и снижение давления на грунт земляного полотна, а также морозоустойчивость и осушение всей дорожной конструкции. Дорожное основание состоит из несущей части (включающей верхний и нижний слои) и дополнительных слоев основания.

Дополнительные слои основания — слои, располагаемые между несущей частью дорожного основания и подстилающим грунтом, предусматриваемые при неблагоприятных погодно-климатических и грунтово-гидрологических условиях. Дополнительные слои основания могут выполнять морозозащитную, дренирующую и/или теплоизолирующую функцию, обеспечивая таким образом общую стабильность работы дорожной конструкции под действием погодно-климатических и грунтово-гидрологических факторов. В соответствии с основной функцией, которую выполняет дополнительный слой, его называют морозозащитным, теплоизолирующим, гидроизолирующим, капилляропрерывающим, противозаиливающим и др.

В зависимости от назначения дополнительные слои основания устраиваются из песка, минеральных материалов (укрепленных или неукрепленных вяжущим), грунтов обработанных вяжущим, а также из различных геоматериалов (геотекстиля, геокомпозита и т.п.).

Материалы слоев дорожной одежды

Материалы слоев дорожной одежды, их общая толщина и толщина отдельных слоев должны обеспечивать шероховатость и стабильную во времени ровность поверхности, а также прочность и морозоустойчивость всей дорожной конструкции.

Толщина слоя дорожной одежды назначается с учетом процесса формирования стойкой структуры слоя и его соединения с существующей конструкцией. В общем случае толщина слоя должна в 1,5 и более раза превышать размер самой большой фракции зерен материала этого слоя. Кроме того, для конкретных видов дорожно-строительных материалов определяется минимально допустимая толщина слоя:

Крупнозернистая асфальтобетонная смесь — толщина слоя не менее 6 см в уплотненном состоянии.
Мелкозернистая асфальтобетонная смесь — …не менее 4 см.
Песчаная асфальтобетонная смесь — …не менее 3 см.
Литая асфальтобетонная смесь — …не менее 2 см.
Цементобетон — …не менее 16 см.
Чернощебеночная смесь — …не менее 6 см.
Щебень/гравий, укрепленные органическим вяжущим (методом пропитки или смешения) — …не менее 8 см.
Щебень, укрепленный минеральным вяжущим — …не менее 8 см.
Крупнообломочный грунт и песчаногравийная смесь, укрепленные минеральным вяжущим — …не менее 15 см.
Малопрочный каменный материал или грунт, укрепленный вяжущим — …не менее 10 см.
Шлаковый щебень — …не менее 10 см.
Щебень и гравий не укрепленный вяжущим (на слое из щебня или гравия) — …не менее 10 см.
Щебень и гравий не укрепленный вяжущим (на слое из песка) — …не менее 15 см.
Грунт, укрепленный вяжущим — …не менее 12 см.
Песок — …не менее 15 см.

Классификация дорожных одежд

В зависимости от механических свойств

Жесткая дорожная одежда (дорожная одежда жесткого типа) — дорожная одежда, имеющая один или несколько слоев, которые могут работать на растяжение, а их прочность и жесткость практически не зависят от температуры, влажности и продолжительности действия нагрузки. К жестким относятся дорожные одежды с цементобетонным монолитным покрытием, покрытием из сборных железобетонных или армобетонных плит, а также дорожные одежды с основанием из цементобетона или каменных материалов, укрепленных цементом, сланцевой золой или другими минеральными вяжущими.
Нежесткая дорожная одежда (дорожная одежда нежесткого типа) — дорожная одежда, прочность которой зависит от температуры, влажности и продолжительности нагрузки. Слои нежесткой дорожной одежды устраивают из асфальтобетонов, а также из минеральных материалов и грунтов, укрепленных органическими вяжущими.

Повышение жесткости дорожной одежды является одним из двух способов повышения эксплуатационных характеристик покрытия автомобильной дороги (2-й способ — повышение эластичности дорожных одежд).

В зависимости от срока службы и уровня надежности

Капитальный тип дорожной одежды — дорожная одежда с асфальтобетонным (из горячего плотного мелкозернистого асфальтобетона I–II марки и щебеночно-мастичного асфальтобетона), монолитным цементобетонным, железобетонным или армобетонным сборным покрытием. Срок службы — 15 лет (для дорожной одежды нежесткого типа) и 25 лет (для дорожной одежды жесткого типа). Применяется при строительстве дорог I–IV категории.
Облегченный тип — дорожная одежда с асфальтобетонным (из горячей плотной мелкозернистой асфальтобетонной смеси II–III марки), дегтебетонным или чернощебеночным покрытием (а также покрытием из других минеральных материалов обработанных вяжущим), монолитного и укатанного цементобетона, сборных железобетонных плит. Срок службы — 12 лет (для дорожной одежды нежесткого типа) и 20 лет (для жесткого типа). Применяется при строительстве дорог IV–V категории.
Переходный тип — дорожная одежда с покрытием из каменного материала (щебня или гравия) обработанного органическим вяжущим (методом пропитки или методом смешения в установке), а также из фракционированного каменного материала. Срок службы дорожной одежды переходного типа — 8 лет. Применяется при строительстве дорог IV–V категории.
Низший тип — дорожная одежда с покрытием из грунтов, укрепленных или улучшенных добавками (органическими и/или минеральными вяжущими). Применяется при строительстве дорог V категории.

Обеспечение капитальности и надежности дорожной одежды в процессе строительства автомобильной дороги, является одним из основных путей повышения качества и долговечности дорожного покрытия.

Источник

Дорожное строительство

Конструирование «дорожных одежд» для городских магистралей

Развитие городов, увеличение парка автомобилей требует расширения строительства городских дорог. Наиболее важные составляющие городской дорожной сети – это магистральные городские дороги, обеспечивающие связи районов города и по которым двигаются наиболее плотные транспортные потоки [1].
В этих потоках значительную часть составляют тяжелые автомобили: автобусы, троллейбусы, грузовые автомобили и автопоезда. В связи с отставанием темпов строительства городских магистралей от темпов автомобилизации городов проблема обеспечения долговечности дорожных конструкций является актуальной задачей дорожных организаций и в первую очередь проектных, которые выполняют проектирование магистральных дорог. Стереотипность принимаемых решений при проектировании дорог в городах приводит к преждевременному ухудшению транспортно-эксплуатационных показателей и преждевременному разрушению, большим затратам на ремонтные работы. Очень сложные грунтовые и гидрологические условия городов, постоянное повышение уровня грунтовых вод усугубляют проблему долговечности покрытий и требуют при проектировании принимать дополнительные инженерные решения.

Влияние на долговечность «дорожной одежды» водно-теплового режима

В результате воздействия климатических факторов, имеющихся в районе расположения дороги, в слоях «дорожной одежды» и земляном полотне возникают напряжения и деформации, что приводит к ухудшению ровности проезжей части и снижению прочности «дорожной одежды». Воздействие атмосферных осадков ухудшает эксплуатационное состояние дороги.

Наиболее опасны для дороги:

влагонакопление;
промерзание и оттаивание грунта земляного полотна;

интенсивное нагревание и быстрое охлаждение слоев «дорожной одежды».

Водно-тепловой режим – это закономерность изменения температуры и влажности в грунте земляного полотна, слоях «дорожной одежды» и придорожном слое воздуха, который, в свою очередь, зависит от свойств конструктивных слоев «дорожной одежды» и системы водоотвода. По условиям проектирования городских дорог вертикальные отметки покрытия меньше отметок прилегающих к дороге территорий. Таким образом, выпадающие осадки всегда будут попадать на проезжую часть. Через трещины в покрытии, неплотное сопряжение покрытия с бортовыми камнями осадки попадают в нижние слои «дорожной одежды» и грунт земляного полотна. Это приводит к дополнительному увлажнению грунта и подстилающих слоев и снижению прочности этих слоев и конструкции в целом.

Строительство ливневой канализации лишь частично снижает степень увлажнения грунтов.

Мощным источником увлажнения грунта являются грунтовые воды, уровень грунтовых вод в городах неуклонно повышается. Это связано с застройкой городских территорий, уплотнением грунтов, изменением режимов в водоносных горизонтах и наличием плотных, не дренирующих грунтов, представленных глинами, суглинками и тяжелыми супесями, подстилаемых более плотными водонепроницаемыми грунтами. Из-за увеличивающегося пути фильтрации в таких грунтах происходит поднятие их к поверхности.

При близком залегании грунтовых вод (менее 1 м , как имеем в г. Омске) грунты в рабочем слое земляного полотна дополнительно увлажняются за счет капиллярного водонасыщения и перераспределения влаги в виде водяного пара.

Наиболее интенсивное влагонакопление в слоях «дорожной одежды» и грунте земляного полотна происходит в зимнее и весеннее время. В начале зимнего периода, когда поверхность покрытия охлаждается и температура его опускается ниже нуля градусов, вода в виде водяного пара из нижних слоев перемещается к покрытию и пар конденсируется и превращается в ледяные кристаллы. Продолжитель-ность этого процесса определяется скоростью промерзания: чем медленнее промерзает «дорожная одежда» и грунт, тем больше подтянется воды и больше образуется ледяных прослоек. Эти процессы приводят к возникновению пучин и разрушению дорожной одежды.

В весеннее время при оттаивании «дорожной одежды» происходит интенсивное снижение прочности «дорожной одежды». Это связано с тем, что перемещение воды в нижние слои невозможно – ниже и с краев находится замерший грунт, который является водоупором. Подстилающий слой основания, выполненный из песка, и основание, устроенное из щебня, являются отличным аккумулятором воды, которая полностью заполняет все пустоты. Скопившийся в линзах и прослойках лед в верхней части земляного полотна оттаивает и поры грунта заполняются водой, которая скапливается над еще не оттаявшими слоями земляного полотна (образуется донник). Влажность грунта максимальная 0,85-1,0 Wт. Плотность грунта минимальная. Следует учесть, что слагающие грунты даже в талом состоянии маловодопроницаемы, а корыто «дорожной одежды», заглубленное ниже прилегающей территории на 50- 60 см , превращается в «бессточную» канаву, длительное время удерживающее воду в «дорожной одежде». Перемещение воды в слоях основания не происходит, так как отсутствуют продольные уклоны. По мере оттаивания грунта происходит его дальнейшее водонасыщение и снижение прочности. Продолжительность этого периода 1-1,5 месяца.

Регулированием такого сложного водно-теплового режима является:

строительство дренажной системы, обеспечивающей отвод скапливающейся воды из слоев «дорожной одежды» и рабочего слоя земляного полотна;

строительство закрытой системы поверхностного водоотвода – ливневой канализации;

устройство основания «дорожных одежд» из укрепленных материалов;

исключить применение в основаниях «дорожных одежд» щебня;

устройство рабочего слоя земляного полотна, включающего «дорожную одежду», толщиной не менее 1,0 м из непучинистых материалов [2].

Назначение конструкций «дорожных одежд»

Процесс проектирования «дорожных одежд» состоит из двух этапов: конструирование и расчет.

Проектирование «дорожных одежд» в настоящее время производится с использование нормативных документов: Отраслевые дорожные нормы «Проектирование нежестких «дорожных одежд». ОДН 218.046-01» [3] и «Методические рекомендации по проектированию жестких «дорожных одежд» [4].

Принятый нормативный документ ОДН имеет ряд преимуществ по сравнению с предыдущим ВСН 46-83. На наш взгляд, несколько завышена роль пакета слоев из асфальтобетона в определении долговечности и несущей способности нежестких «дорожных одежд». Наиболее ответственным конструктивным слоем является несущее основание.

Будут со временем дополняться и вводиться новые нормативные документы по расчету «дорожных одежд» с уточненными показателями, новыми материалами конструктивных слоев, новыми расчетными схемами и т. д. Рассчитать прочность конструкции не составляет большого труда. Это под силу каждому студенту-дорожнику.

Гораздо сложнее стоит вопрос конструирования «дорожной одежды». Очень часто (почти всегда) применяют так называемые типовые конструкции. Эти конструкции включают 1-2 слоя асфальтобетона толщиной 5- 12 см , щебеночное основание 20- 30 см и слой из песка толщиной 12- 20 см . Общая толщина «дорожной одежды» составляет 40- 60 см . И это при наличии земляного полотна, устроенного из глинистых и суглинистых грунтов, имеющих высокую пучинистость.

В соответствии с требованиями СНиП 2.05.02-85* толщина «дорожной одежды» и рабочий слой земляного полотна для нашей III дорожно-климатической зоны при асфальтобетонном покрытии должны состоять из непучинистых материалов общей толщиной не менее 80 см . При этом следует учесть, что водно-тепловой режим загородных дорог более благоприятен – там имеем насыпи.

Еще в 1964 г . проф. А. К. Бируля отмечал: «Опыт показывает, что щебеночные слои, прочность которых основана лишь на заклинке щебенок при укатке, не могут быть применены в верхних слоях (несущих), например, под асфальтобетоном при современном автомобильном движении» [5]. У нас в городе почему-то везде применяют щебеночные слои: как на местных проездах, так и магистральных дорогах. По-видимому, это желание угодить заказчику или поставщику щебня. Рассмотрим это подробнее.

Главное назначение «дорожной одежды» – обеспечить высокие потребительские качества дороги, которые характеризуются транспортно-эксплуатационными показателями, главным среди которых является прочность «дорожной одежды». «Дорожная одежда» воспринимает нагрузку от автомобилей и передает ее на грунтовое основание. Чем больше площадь передачи нагрузки на грунт, тем меньше вероятность образования остаточных деформаций, тем дольше будет сохраняться ровность покрытия и выше комфортабельность движения. Если основание устроено из щебня, то распределение нагрузки на нижележащий слой происходит по форме в виде усеченного конуса, угол при вершине которого составляет 60 о . Если же материал увлажнен, то величина этого угла будет меньше. То есть распределяющая способность такого материала очень низкая по сравнению с материалом, укрепленного вяжущими. Такие материалы являются монолитными и работают как плита. Их распределяющая способность в 4-8 раз выше. Давление на грунт значительно снижается, и вероятность накопления остаточных деформаций очень низкая. Кроме этого, упругие и прочностные показатели укрепленных материалов мало изменяются при нагревании–охлаждении и увлажнении–высушивании. Учитывая конъюнктуру рынка, когда стоимость органических вяжущих резко повышается, весьма выгодно применять неорганические вяжущие – цементы и активные шлаки. Поэтому целесообразно строительство оснований магистральных и других дорог выполнять из укрепленных материалов. Очень эффективно использовать в основании золоминеральные смеси. Толщина слоев основания может изменяться от 16 до 36 см .

При сложных грунтово-гидрологических условиях, которые мы имеем в городе, обязательно использовать дренажные слои. Для устройства таких слоев следует применять среднезернистые пески. Толщина таких слоев должна быть 20- 30 см . Эти слои должны иметь выход в дрены для обеспечения водоотвода в осеннее и весеннее время, когда наблюдается большой приток влаги в дренажные слои.

Проектирование дренажных слоев должно производиться из условия их работы на осушение.

Следует исключить практику проектирования дорожных одежд с дренажными слоями, работающими по принципу поглощения – крайне неблагоприятные грунтово-гидрологические условия.

Покрытие магистральных дорог должно быть двухслойным. В верхнем слое обязательно применять плотные асфальтобетонные смеси типа А или Б, а также щебеночно-мастичные смеси. Обязательно использовать модифицированные битумы и армирующие прослойки в покрытиях. Это хотя и повышает стоимость, но значительно увеличивает долговечность и трещиностойкость покрытий.

На магистральных дорогах весьма целесообразно применять жесткие «одежды» – цементобетонные основания и асфальтобетонное покрытие. Срок службы таких одежд составляет 25-30 лет.

Очень сложная проблема связана с ремонтом магистральных дорог. В последние годы широко используются ресайклеры и ремиксеры при ремонте. Это хорошая технология – значительно улучшается ровность покрытий, прочность, коэффициент сцепления. При усилении «дорожных одежд», которые выполняются методом устройства дополнительных слоев покрытий, не учитывается фактическая прочность «одежды» перед усилением. Не учитываются грунтово-гидрологические условия. Это не обеспечивает требуемую долговечность «одежд». Считаем, что перед усилением обязательно нужно проводить измерение прочности существующей «дорожной одежды» и обоснованно (не интуитивно, по требованиям заказчика) назначать слои усиления покрытия и основания.

Заключение

Предложенная методология регулирования водно-теплового режима и конструирования «дорожных одежд» магистральных дорог позволит повысить их надежность и долговечность и обеспечить высокие потребительские качества дорог.

Библиографический список

1. СНиП 2.07.01-89*. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений.

2. СНиП 2.05.02-85* Автомобильные дороги.

3. ОДН 218.046-01.Проектирование нежестких дорожных одежд.

4. Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд.

5. Бируля А.К. Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1964. – 168 с.

Источник