Реконструкция автодорог: применение новых технических решений
Реконструкция автомобильных дорог в первую очередь затрагивает перестройку земляного полотна, дорожной одежды и искусственных сооружений. В свою очередь, перестройка земляного полотна связана с его уширением, изменением конфигурации конусов при уширении мостовых сооружений. Важнейший дорожно-строительный материал, используемый на подходах к мостовым сооружениям и в основании дорожной одежды — фракционированный щебень, который в последнее время стал дефицитным. В этой связи ведущий научный сотрудник «БелдорНИИ» В. Штабинский в конструктивных элементах укреплений предложил снизить, а то и вовсе исключить применение щебня, но не в ущерб снижению их технических и потребительских свойств. На этом белорусском ноу-хау остановимся более подробно.
Во-первых, по мнению ученого, при выполнении укрепительных работ необходимо отказаться от использования на откосах и конусах насыпей фракционированного щебня для устройства обратного фильтра или подготовки под укрепления из монолитного бетона и сборных бетонных плит. Один из альтернативных вариантов — использование геотекстильных полотен. В качестве примеров внедрения таких технических решений можно привести укрепление откосов насыпи на подходе к мосту через реку Березина (г. Бобруйск), конусов путепроводов на автодороге Р-43 граница с Россией — Кричев — Бобруйск — Ивацевичи и Кольцевой автодороге вокруг г. Минска на пересечении с улицей Казинца. На всех этих объектах заложенный по проекту щебеночный слой на конусах и откосах по рекомендациям БелдорНИИ был заменен на прослойку из геотекстильного полотна. «Все указанные укрепления находятся сегодня в хорошем состоянии, — отмечает В. Штабинский. — При ощущении дефицита щебня укладывать его на конусах, особенно у путепроводов, вообще нет смысла, так как изначально конструкции укрепления с обратным фильтром из щебня предусматривались только на подтопляемых откосах». Во-вторых, целесообразно отказаться от использования на боковых частях конусов у путепроводов капитальных типов укреплений в виде монолитного бетона и сборных плит, в том числе ребристых вибропрессованных плит, а также пластиковых георешеток, заполненных щебнем. БелдорНИИ рекомендует применять защитные конструкции из геотекстильного полотна с семенами трав и изолирующие конструкции из объемных георешеток (пластиковых или из термоупрочненного геотекстильного полотна). Кроме экономии денежных средств, получается и более эстетическое восприятие конструкций укреплений. Сплошные укрепления из монолитного бетона и крупноразмерных бетонных плит рекомендуется применять сегодня на конусах насыпей и откосах выемок только под пролетным строением путепроводов. В-третьих, при проектировании и строительстве укреплений водоотводных сооружений максимально использовать геотекстильные полотна, в том числе с семенами многолетних трав. Опыт эксплуатации таких укреплений показал их состоятельность, отмечает белорусский ученый.
Строительство дорожных одежд
В настоящее время в стране в основном применяются щебеночные основания, устроенные по методу заклинки (к слову, основным несущим элементом дорожной конструкции является ее основание). Заклинка щебенок при уплотнении конструктивного слоя приводит к увеличению модуля упругости слоя. Проведенные БелдорНИИ исследования показали, что достичь требуемого качества щебеночного основания возможно только при заклинке материала слоя на полную толщину и путем применения на границе контакта с «песчаным подстилающим слоем» технологического слоя из обогащенной смеси, асфальтогранулята или разделяющей и армирующей прослойки из геосинтетического материала в виде упрочненного геотекстильного полотна или геосетки. Кроме того, плотность материала слоя основания должна иметь величину, близкую к максимально возможной для данного материала. Качественным должно быть и земляное полотно. «Имеющийся парк уплотняющих машин позволяет при правильном ведении земляных работ достичь требуемой плотности грунтов, — рассказывает В. Штабинский. — Задача состоит в том, чтобы сохранить эту плотность на момент укладки щебеночного основания, что при существующей технологии работ не всегда удается».
Дело в том, что работы по возведению земляного полотна и устройству конструктивных слоев дорожной одежды, в состав которой входит и технологический слой, производятся раздельно. Учитывая тот факт, что верхняя часть земляного полотна возводится из дренирующего малосвязного песчаного грунта с малым содержанием пылевидных и глинистых частиц, в сухую жаркую погоду такой грунт легко отдает влагу и после этого не обладает связностью и достаточной несущей способностью. Проезд по такому земляному полотну технологического транспорта при завозе материала для устройства слоя основания сопровождается образованием колеи, которая после выгрузки каменного материала не может быть ликвидирована никаким другим путем, кроме засыпки ее привезенным материалом. «Хуже того, — отмечает ведущий научный сотрудник «БелдорНИИ», — иногда на стадии экспертизы проекта или даже на стадии строительства принимается решение: технологический слой из каменного материала вообще не устраивать». Поэтому в этом случае при вибрационном уплотнении материала щебеночного слоя, уложенного на песчаный малосвязный грунт, происходит взаимопроникание зерен щебня в песок, а песка в щебеночный слой. В результате нижняя часть слоя не менее чем на треть его толщины состоит из материала, в котором щебеночные частицы не соприкасаются друг с другом, а «плавают» в мелком заполнителе. Плотность и деформативность такой структуры будут определяться свойствами песка, а не щебня, и требуемая прочность щебеночного основания не будет достигнута. Для решения этой технологической задачи при проектировании основания дорожной одежды из щебня, укладываемого по методу заклинки, на границе контакта с песчаным подстилающим слоем предусматривается технологический слой, устройство которого независимо от сроков устройства дорожной одежды следует производить сразу же после окончания уплотнения верхнего слоя земляного полотна. Ведь для устройства технологического слоя применяется тот же парк машин, что и для сооружения земляного полотна. При этом уложенный технологический слой должен быть уплотнен и спланирован под проектный профиль, и по нему при необходимости может быть открыто движение построечного транспорта. «Для решения данной проблемы, на наш взгляд, затраты на устройство технологического слоя должны быть заложены в смете на земляные работы, а не в смете на устройство дорожной одежды», — сообщил В. Штабинский.
Отметим, что для предотвращения взаимопроникания зерен щебня в подстилающий песок и повышения модуля упругости щебеночного основания в последние годы в мировой практике дорожного строительства применяются разделяющие и армирующие прослойки в виде геосеток. Плоские полимерные геосетки с прямоугольной ячейкой специально разработаны для применения в дорожных конструкциях, воспринимающих высокие динамические и статические нагрузки. Для придания эффекта армирования в процессе производства геосетки растягиваются в двух направлениях с целью ориентирования молекул для получения высоких прочностных характеристик при низких показателях ползучести (геосетки двойного ориентирования). Такие сетки в дорожной конструкции выполняют роль как разделения песчаного подстилающего слоя и щебеночного основания, так и армирования последнего. Обладая высокой прочностью на разрыв и малым удлинением под действием приложенной нагрузки, прослойка из геосетки воспринимает действующие в нижней части щебеночного основания растягивающие напряжения и тем самым компенсирует его неспособность работать на растяжение, что приводит к повышению прочности и снижению деформативности щебеночного основания. Таким образом, применение разделяющей и армирующей прослойки в виде геосетки, укладываемой на границе раздела «щебеночное основание — подстилающий грунт», позволяет: во-первых, предотвратить взаимопроникновение частиц песка в слой основания и зерен щебня в песок и отказаться от применения технологического слоя; во-вторых, механически усилить систему за счет включения непрерывного и прочного при растяжении элемента в среду, которая этими свойствами практически не обладала. В результате удалось снизить толщину щебеночного слоя при равнопрочности дорожной конструкции, не увеличивая при этом его толщину, что важно в части предотвращения колейности на дороге при пропуске тяжелых нагрузок.
Экспериментальные исследования по апробированию щебеночного основания дорожной одежды с устройством разделяющей и армирующей прослойки из геосетки двойного ориентирования были проведены БелдорНИИ в 2007 году на реконструируемом участке дороги Р-28. На опытном участке были устроены и испытаны две секции щебеночного основания, расположенные параллельно друг другу на правой полосе движения. Более широкая апробация щебеночного основания с использованием армирующей прослойки из геосетки двойного ориентирования «Славрос СД-40» была проведена в 2007 г. при уширении проезжей части (до 4-х полос в каждом направлении) на проспекте Победителей в г. Минске на участке, расположенном между водохранилищем «Дрозды» и заказником «Лебяжий». По варианту проектного решения поперечного профиля по уширению дорожной одежды предлагалось 4-ю полосу движения в каждом направлении расположить в пределах существующей обочины (2,5 м), откоса и частично водоотводной канавы, далее выполнить обочины шириной 1,0 м и водоотводные канавы. Конструкция дорожной одежды включала двухслойное асфальтобетонное покрытие толщиной 11 см, верхний слой основания из крупнопористого асфальтобетона толщиной 7 см и нижние слои основания из щебня с заклинкой (50 см) и песчано-гравийной смеси (28 см). Однако, как отмечает ученый, проведенные расчеты дорожной одежды с учетом фактических модулей упругости грунтов земляного полотна показали, что требуемый модуль на поверхности покрытия в большинстве случаев не обеспечивался. Проблема заключалась в том, что несущая способность грунтов основания, находящихся под обочинами на уширениях дорожной одежды, оказалась недостаточной. Измеренный нами общий модуль упругости грунтового основания изменялся от 12,6 до 39,3 МПа, что говорило о его разнопрочности. Поэтому было предложено новое проектное решение как поперечного профиля, так и конструкции дорожной одежды на уширениях, которое и было осуществлено на практике. Необходимость применения в конструкции дорожной одежды геосетки была обусловлена и тем, что требовалось повысить модуль упругости самого конструктивного слоя из щебня, уменьшив при этом его толщину (с 50 до 27 см). В 2008 году опытно-технологические работы по применению геосетки двойного ориентирования типа «Славрос СД-30» были продолжены на дороге Минск — Молодечно — Нарочь. Геосетка укладывалась продольными полосами с нахлестом 20-30 см на всю ширину дорожной одежды по песчаному слою земляного полотна под слоем щебеночного основания проектной толщины (27 см) и уменьшенной толщины (24 см). Сверху устроено асфальтобетонное покрытие и проведены испытания дорожной одежды нагружением колесом расчетного автомобиля с замером прогибов рычажным прогибомером. Результаты замеров показали, что общий модуль упругости дорожной конструкции на поверхности покрытия на секциях с геосеткой составил 300,5-322,5 МПа, в то время как на секции с технологическим слоем толщиной 15 см из асфальтогранулята модуль упругости составил 290,3-298,5 МПа. Таким образом, применение армирующей прослойки позволило снизить толщину щебеночного основания на 3 см и исключить технологический слой из асфальтогранулята, обеспечив при этом требуемый модуль упругости на поверхности дорожной конструкции.
фото предоставлено департаментом «Белавтодор»
Александр ПАНИЧ
Строительство дорожных одежд
В настоящее время в стране в основном применяются щебеночные основания, устроенные по методу заклинки (к слову, основным несущим элементом дорожной конструкции является ее основание). Заклинка щебенок при уплотнении конструктивного слоя приводит к увеличению модуля упругости слоя. Проведенные БелдорНИИ исследования показали, что достичь требуемого качества щебеночного основания возможно только при заклинке материала слоя на полную толщину и путем применения на границе контакта с «песчаным подстилающим слоем» технологического слоя из обогащенной смеси, асфальтогранулята или разделяющей и армирующей прослойки из геосинтетического материала в виде упрочненного геотекстильного полотна или геосетки. Кроме того, плотность материала слоя основания должна иметь величину, близкую к максимально возможной для данного материала. Качественным должно быть и земляное полотно. «Имеющийся парк уплотняющих машин позволяет при правильном ведении земляных работ достичь требуемой плотности грунтов, — рассказывает В. Штабинский. — Задача состоит в том, чтобы сохранить эту плотность на момент укладки щебеночного основания, что при существующей технологии работ не всегда удается».
Дело в том, что работы по возведению земляного полотна и устройству конструктивных слоев дорожной одежды, в состав которой входит и технологический слой, производятся раздельно. Учитывая тот факт, что верхняя часть земляного полотна возводится из дренирующего малосвязного песчаного грунта с малым содержанием пылевидных и глинистых частиц, в сухую жаркую погоду такой грунт легко отдает влагу и после этого не обладает связностью и достаточной несущей способностью. Проезд по такому земляному полотну технологического транспорта при завозе материала для устройства слоя основания сопровождается образованием колеи, которая после выгрузки каменного материала не может быть ликвидирована никаким другим путем, кроме засыпки ее привезенным материалом. «Хуже того, — отмечает ведущий научный сотрудник «БелдорНИИ», — иногда на стадии экспертизы проекта или даже на стадии строительства принимается решение: технологический слой из каменного материала вообще не устраивать». Поэтому в этом случае при вибрационном уплотнении материала щебеночного слоя, уложенного на песчаный малосвязный грунт, происходит взаимопроникание зерен щебня в песок, а песка в щебеночный слой. В результате нижняя часть слоя не менее чем на треть его толщины состоит из материала, в котором щебеночные частицы не соприкасаются друг с другом, а «плавают» в мелком заполнителе. Плотность и деформативность такой структуры будут определяться свойствами песка, а не щебня, и требуемая прочность щебеночного основания не будет достигнута. Для решения этой технологической задачи при проектировании основания дорожной одежды из щебня, укладываемого по методу заклинки, на границе контакта с песчаным подстилающим слоем предусматривается технологический слой, устройство которого независимо от сроков устройства дорожной одежды следует производить сразу же после окончания уплотнения верхнего слоя земляного полотна. Ведь для устройства технологического слоя применяется тот же парк машин, что и для сооружения земляного полотна. При этом уложенный технологический слой должен быть уплотнен и спланирован под проектный профиль, и по нему при необходимости может быть открыто движение построечного транспорта. «Для решения данной проблемы, на наш взгляд, затраты на устройство технологического слоя должны быть заложены в смете на земляные работы, а не в смете на устройство дорожной одежды», — сообщил В. Штабинский.
Отметим, что для предотвращения взаимопроникания зерен щебня в подстилающий песок и повышения модуля упругости щебеночного основания в последние годы в мировой практике дорожного строительства применяются разделяющие и армирующие прослойки в виде геосеток. Плоские полимерные геосетки с прямоугольной ячейкой специально разработаны для применения в дорожных конструкциях, воспринимающих высокие динамические и статические нагрузки. Для придания эффекта армирования в процессе производства геосетки растягиваются в двух направлениях с целью ориентирования молекул для получения высоких прочностных характеристик при низких показателях ползучести (геосетки двойного ориентирования). Такие сетки в дорожной конструкции выполняют роль как разделения песчаного подстилающего слоя и щебеночного основания, так и армирования последнего. Обладая высокой прочностью на разрыв и малым удлинением под действием приложенной нагрузки, прослойка из геосетки воспринимает действующие в нижней части щебеночного основания растягивающие напряжения и тем самым компенсирует его неспособность работать на растяжение, что приводит к повышению прочности и снижению деформативности щебеночного основания. Таким образом, применение разделяющей и армирующей прослойки в виде геосетки, укладываемой на границе раздела «щебеночное основание — подстилающий грунт», позволяет: во-первых, предотвратить взаимопроникновение частиц песка в слой основания и зерен щебня в песок и отказаться от применения технологического слоя; во-вторых, механически усилить систему за счет включения непрерывного и прочного при растяжении элемента в среду, которая этими свойствами практически не обладала. В результате удалось снизить толщину щебеночного слоя при равнопрочности дорожной конструкции, не увеличивая при этом его толщину, что важно в части предотвращения колейности на дороге при пропуске тяжелых нагрузок.
Экспериментальные исследования по апробированию щебеночного основания дорожной одежды с устройством разделяющей и армирующей прослойки из геосетки двойного ориентирования были проведены БелдорНИИ в 2007 году на реконструируемом участке дороги Р-28. На опытном участке были устроены и испытаны две секции щебеночного основания, расположенные параллельно друг другу на правой полосе движения. Более широкая апробация щебеночного основания с использованием армирующей прослойки из геосетки двойного ориентирования «Славрос СД-40» была проведена в 2007 г. при уширении проезжей части (до 4-х полос в каждом направлении) на проспекте Победителей в г. Минске на участке, расположенном между водохранилищем «Дрозды» и заказником «Лебяжий». По варианту проектного решения поперечного профиля по уширению дорожной одежды предлагалось 4-ю полосу движения в каждом направлении расположить в пределах существующей обочины (2,5 м), откоса и частично водоотводной канавы, далее выполнить обочины шириной 1,0 м и водоотводные канавы. Конструкция дорожной одежды включала двухслойное асфальтобетонное покрытие толщиной 11 см, верхний слой основания из крупнопористого асфальтобетона толщиной 7 см и нижние слои основания из щебня с заклинкой (50 см) и песчано-гравийной смеси (28 см). Однако, как отмечает ученый, проведенные расчеты дорожной одежды с учетом фактических модулей упругости грунтов земляного полотна показали, что требуемый модуль на поверхности покрытия в большинстве случаев не обеспечивался. Проблема заключалась в том, что несущая способность грунтов основания, находящихся под обочинами на уширениях дорожной одежды, оказалась недостаточной. Измеренный нами общий модуль упругости грунтового основания изменялся от 12,6 до 39,3 МПа, что говорило о его разнопрочности. Поэтому было предложено новое проектное решение как поперечного профиля, так и конструкции дорожной одежды на уширениях, которое и было осуществлено на практике. Необходимость применения в конструкции дорожной одежды геосетки была обусловлена и тем, что требовалось повысить модуль упругости самого конструктивного слоя из щебня, уменьшив при этом его толщину (с 50 до 27 см). В 2008 году опытно-технологические работы по применению геосетки двойного ориентирования типа «Славрос СД-30» были продолжены на дороге Минск — Молодечно — Нарочь. Геосетка укладывалась продольными полосами с нахлестом 20-30 см на всю ширину дорожной одежды по песчаному слою земляного полотна под слоем щебеночного основания проектной толщины (27 см) и уменьшенной толщины (24 см). Сверху устроено асфальтобетонное покрытие и проведены испытания дорожной одежды нагружением колесом расчетного автомобиля с замером прогибов рычажным прогибомером. Результаты замеров показали, что общий модуль упругости дорожной конструкции на поверхности покрытия на секциях с геосеткой составил 300,5-322,5 МПа, в то время как на секции с технологическим слоем толщиной 15 см из асфальтогранулята модуль упругости составил 290,3-298,5 МПа. Таким образом, применение армирующей прослойки позволило снизить толщину щебеночного основания на 3 см и исключить технологический слой из асфальтогранулята, обеспечив при этом требуемый модуль упругости на поверхности дорожной конструкции.
фото предоставлено департаментом «Белавтодор»
Александр ПАНИЧ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 24 за 2008 год в рубрике дороги
