Инновационный путь развития: преимущества очевидны
В своей деятельности дорожное хозяйство нашей страны активно следует инновационному пути развития. В частности, департамент «Белавтодор» внедряет в работу новые механизмы, технологии и материалы, улучшающие качество дорожно-строительных работ при минимальных энерго- и ресурсозатратах. По словам директора «БелдорНИИ» С. Кравченко, работа в этом направлении приносит положительные результаты — транспортно- эксплуатационные характеристики автодорог и мостов за последнее время улучшились.
Известно, что основной элемент дороги — земляное полотно, от качества которого зависит работа всей дорожной конструкции. В свою очередь, качество земляного полотна определяет степень уплотнения слагающих его грунтов. На сегодняшний день, как отмечает директор дорожного института, назрела необходимость обновления в дорожных организациях парка грунтоуплотняющих машин. «За рубежом для уплотнения грунтов применяют катки массой 25-30 тонн, — отметил С. Кравченко. — В то время как наши подрядчики еще работают катками массой 14-15 т. Как выход из существующей ситуации при уплотнении земляного полотна из песчаных грунтов можно рекомендовать шире использовать вибрационные катки массой 12-18 т, позволяющие уплотнять слои толщиной до 60-70 см». Важным на сегодняшний день является снижение затрат на возведение земляного полотна. Для снижения затрат на выполнение системы водоотвода, укрепительных работ на конусах и откосах насыпей подходов необходимо шире использовать геосинтетические материалы в виде пространственных и плоских георешеток и геосеток, геотекстильных полотен, в том числе с семенами трав. Данные решетки рекомендуется использовать как на укрепительных работах, так и в конструкциях дорожных одежд.
Дорожная одежда
Программой «Дороги Беларуси» на 2006-2015 гг. предусматривается увеличение прочности дорожных одежд ряда участков автомобильных дорог до восприятия транспортной нагрузки 13 т на ось. Это потребует изменения в подходах как к выбору материалов для устройства дорожных одежд, так и к расположению конструктивных слоев по их толщине. По мнению С. Кравченко, используемый сейчас вариант конструкции нежесткой дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием на основании из неукрепленных материалов работает на пределе возможностей.
Условие, при котором модуль упругости щебеночного основания должен быть стабильно высоким в течение всего срока службы, выполнить весьма сложно в силу ряда обстоятельств. Во-первых, разрозненность и отсутствие комплексного подхода к задачам подбора исходных материалов и состава смесей для устройства оснований из неукрепленных материалов, технологии устройства щебеночных оснований и методов контроля качества выполненных строительных работ. Разработанные методы назначения максимальной плотности каменных материалов и подбора оптимальных зерновых смесей для оснований частично решают эту проблему, уверен ученый. Проблему создания достаточного запаса прочности при условии увеличения нагрузок до 13 т на ось позволяет решить устройство укрепленных оснований. Опыт строительства дорог в Беларуси показал эффективность метода устройства дорожных оснований с использованием асфальтогранулята для расклинцовки крупного гранитного щебня. Эффект расклинцовки асфальтогранулятом заключается в том, что при устройстве в последующем асфальтобетонного покрытия из горячих смесей, температура укладки которых не менее 100°-1100°С, асфальтогранулят, представляющий собой продукт дробления асфальтобетонных покрытий, спекается и образует со щебнем практически монолитный слой. Вследствие этого зерна щебня лишаются подвижности и не разрушаются под действием динамических воздействий от транспортной нагрузки. При этом общий модуль упругости дорожной конструкции и коэффициент запаса прочности дорожной одежды возрастает в 1,1-1,2 раза по сравнению с исходным. Повысить общую несущую способность дорожной одежды можно используя материалы, обладающие свойствами самоцементации — в частности, металлургические шлаки. «Белорусский металлургический завод «БМЗ» до 120 тыс. т шлака ежегодно выгружает в отвалы, большую часть данного материала возможно использовать в дорожном строительстве», — отметил С. Кравченко.
Для повышения несущей способности перспективно использование оснований из каменных материалов (щебень, гравий), армированных с помощью геосинтетических материалов, главным образом, геосеток и георешеток (рис. 1), что позволяет перераспределять возникающие от действия транспортной нагрузки напряжения на большую площадь и тем самым способствовать стабильной работе дорожной одежды даже в неблагоприятных природно-климатических условиях. Наиболее перспективно использование синтетических геосеток, армирование которыми позволяет повысить модуль упругости основания в 1,5-2 раза даже при снижении его толщины. Кроме того, геосетки на границе контакта основания и грунта земляного полотна предотвращают взаимопроникновение материалов смежных слоев, что увеличивает долговечность дорожной конструкции. Перспективно использовать для устройства оснований дорожных одежд укрепленные вяжущими материалы. Наиболее приемлемыми для условий Беларуси являются варианты использования битумных эмульсий для укрепления каменных материалов, которые возможно применять для приготовления смесей как на заводе, так и в полевых условиях. Укрепление вяжущим позволяет использовать и малопрочные материалы, в том числе доломитовый щебень, для устройства конструктивных элементов дорог высоких категорий. Использование укрепленных материалов позволяет существенно увеличить несущую способность дорожных одежд и обеспечить возможность пропуска транспортных нагрузок не менее 13 т на ось. В последнее время начали применяться холодные регенерированные асфальтобетонные смеси (технология холодный ресайклинг), представляющие смесь асфальтового гранулята (фрезерованного асфальтобетонного покрытия), специальной катионной битумной эмульсии, цемента, воды, взятых в определенных соотношениях, и приготавливаемые в стационарных или мобильных установках и укладываемые в конструктивные слои дорожной одежды в холодном состоянии (рис. 2). В зависимости от категории автомобильной дороги вышеуказанные смеси могут укладываться в верхние слои основания (I-III категории), в нижний (III категория) или верхний слои покрытия (IV-V категории).
Одним из новых методов ремонта цементобетонных покрытий является использование виброрезонансной технологии, которая заключается в предотвращении отраженных трещин в асфальтобетонных слоях усиления за счет полной деструктуризации бетонных плит. Максимальный размер фрагментов не превышает 30 см. Основываясь на механике разрушения бетона, учитывающей зоны концентрации напряжений в вершинах радиальных трещин, возникающих на границе зерен заполнителя и цементного камня, осуществляется вибровоздействие на бетон при помощи специального оборудования с целью перевода массива бетона в блочное состояние. В этом случае после образования отдельных блоков обеспечивается полный контакт нижней поверхности бетона с верхней поверхностью дорожного основания, что приводит к равномерной передаче вертикальных напряжений на подстилающий слой. «Применение виброрезонансной технологии разрушения цементобетонных покрытий может быть оправдано только в том случае, когда цементобетон покрытия не менее чем на 50% исчерпал ресурс по прочности», — подчеркнул директор «БелдорНИИ».
Тонкослойные асфальтобетонные покрытия
Тонкослойные покрытия устраиваются из специальных горячих асфальтобетонных смесей с использованием модифицированных битумов, укладываемых на слои проклеивания и герметизации из катионной модифицированной битумной эмульсии, которая наносится непосредственно перед укладкой асфальтобетонной смеси. Комбинация горячей и холодной эмульсионных технологий позволяет укладывать указанные покрытия толщиной 10-15 мм, что невозможно при укладке горячих асфальтобетонов по традиционной технологии. Укладка тонкослойных покрытий осуществляется комбайном (накопитель- укладчик) непрерывного действия на специальном автомобильном шасси. Альтернативой поверхностной обработке является технология устройства защитных слоев из холодных литых асфальтобетонных смесей. Существующая технологическая и нормативная база позволяет устраивать защитные слои как с применением чистых битумных эмульсий (Сларри-Сил), так с использованием модифицированных вяжущих (Микропокрытие). Ведутся работы по введению в эти смеси дисперсно-армирующих волокон (стекловолокна, полиэфирных волокон, целлюлозного волокна и др.), что позволит продлить срок эксплуатации таких слоев и повысить их сцепные характеристики за счет применения более крупных фракций минерального материала. Для достижения оптимальных эксплуатационных характеристик защитных слоев разработана и внедряется на дорогах страны технология «Кап Сил», представляющая комбинацию поверхностной обработки с применением щебня крупной фракции и защитного слоя «Сларри Сил». Данный вариант, по мнению С. Кравченко, позволяет получить шероховатый защитный слой повышенной долговечности, обладающий хорошими гидроизоляционными и сцепными характеристиками. В качестве профилактической меры восстановления эксплуатационных характеристик верхних слоев в асфальтобетонных покрытиях разработана технология реабилитации способом пропитки с применением катионных эмульсий на основе битумов и пластифицирующих составов. Данная технология позволяет при минимальных затратах продлевать межремонтные сроки эксплуатации изношенных асфальтобетонных покрытий. Широкое распространение в регионах страны получила разработанная институтом технология перевода гравийных покрытий в черные. «Ее суть — поясняет ученый, — заключается в стабилизации верхнего слоя битумной эмульсией и устройстве защитного слоя методом двух- или трехслойной поверхностной обработки — «сэндвич». В качестве перспективных направлений, над которыми ведутся работы в настоящее время, можно отметить противогололедные материалы пролонгированного действия, вводимые в состав дорожно-строительных материалов на стадии строительства или содержания автомобильных дорог. Ведутся исследования по разработке новых перспективных составов эмульгированных вяжущих и добавок в дорожные битумы.
Основные разработки и проекты
По словам директора «БелдорНИИ» С. Кравченко, создание новых конструктивных решений пролетных строений и опор моста через р. Поня позволило снизить более чем на 20% стоимость его реконструкции. При этом мост из недолговечной разрезной статической схемы преобразован в рамную систему, что позволило повысить его грузоподъемность. На объекте применены эффективные парапетные ограждения, обладающие самой высокой удерживающей способностью, с лицевой поверхностью по кривой самого трудного подъема — эквидистанте брахистохроны.
«Мост через р. Поня эксплуатируется уже 2 года, признаков дефектов и отказов элементов моста нет, — подчеркивает директора «БелдорНИИ». — Опыт обследований мостовых сооружений свидетельствует, что в последнее время выявляется большое количество мостов, которые через 10-12 лет эксплуатации после капитального ремонта требуют проведения нового капитального ремонта. Причин такого положения много, но основная причина заключается в тиражировании при капремонте устаревших конструктивных решений». Мост через р. Поня является в этом смысле хорошим исключением. К слову, в настоящее время аналогичное решение реализуется на мосту на автодороге М-10 РУП «Гомельавтодор». Перспективным видится сооружение транспортных тоннелей из сборных гофрированных элементов, которые являются экономной альтернативой путепровода. В институте совместно с Фанипольским заводом ЖБМК РУП «Дорстройиндустрия» разработаны конструкции пролетных строений со сводчатыми плитами длиной до 12 м и железобетонные арочные элементы для перекрытия пролетов длиной до 15 м. Отметим, что арочные мосты могут возводиться как в сборном, так и в монолитном вариантах. Это позволит заменить проектные решения при перекрытии мостов с пролетами 6-9 м как самые уязвимые при эксплуатации из-за малой строительной высоты пролетных конструкций, большого количества деформационных швов, низкой долговечности и несовершенства шпоночных соединений. С целью создания долговечных неразрезных пролетных строений под нагрузки А14 и НК-112 с использованием существующей базы Фанипольского завода ЖБМК в «БелдорНИИ» проведены исследования на натурных моделях конструктивных решений пролетов длиной 15-24 м, разработаны чертежи. Реализация в натуре задерживается в связи с поисками объектов строительства: проектировщики более охотно используют типовые, традиционные решения, а все новое требует дополнительного времени даже на ознакомление с разработкой. Хорошим исключением из этого правила явилась совместная работа с РУП «Белгипродор» по внедрению двухъярусных свайных опор мостов, применение которых позволяет снижать на треть стоимость строительства опор путепроводов с пролетами до 24 м. В институте разработана технология устройства асфальтобетонных покрытий на мостах, совмещающих и функции защитного слоя мостового полотна, которые обладают повышенной сдвигоустойчивостью, трещиностойкостью и водонепроницаемостью. Ведутся работы по совершенствованию деформационных швов с резиновыми компенсаторами (по типу «Маурер»), по новым решениям гидроизоляции мостового полотна.
Разработаны также составы морозостойких бетонов для мостового строительства с регулируемыми сроками твердения. В частности, высокопрочные бетоны с морозостойкостью в солях 150 циклов успешно применяются с 2007 г. Исследованы свойства и разработана нормативная база по применению пропиточного материала «Сифтом» производства Гомельского химического завода, который также прошел опытную апробацию на мостовых сооружениях. В настоящее время, по словам С. Кравченко, проводится поиск эффективных химических добавок, повышающих сохраняемость удобоукладываемости бетонных смесей во времени. Внедрение этих добавок в производство позволит существенно повысить качество и долговечность монолитных железобетонных мостовых конструкций. Другими перспективными направлениями исследований являются создание базы данных по химическим и минеральным добавкам в бетон и на основе полученной информации актуализация положений технологии получения бетонов высокой эксплуатационной надежности, высокопрочных бетонов, внедрение экономичной малоэнергоемкой технологии изготовления сборного и монолитного железобетона из самоуплотняющихся бетонных смесей. Ведутся работы по изучению и внедрению новых методов исследования мостовых конструкций и контроля их напряженно-деформированного состояния. В частности, при помощи электромагнитных датчиков и метода резонансного контроля ведутся исследования поведения металлоконструкций пролетного строения моста через р. З. Двина при надвижке. В последующем эти датчики будут использоваться на этом же мосту для оценки напряженно- деформированного состояния наиболее характерных сечений при эксплуатации. Метод резонансного контроля прошел успешную апробацию на мостах через р. Мухавец в г. Бресте, на мосту через р. Днепр в д. Александрия.
Александр ПАНИЧ по материалам семинара «Новые материалы и технологии при строительстве, ремонте и содержании автодорог»
Фото: департамент «Белавтодор»
Известно, что основной элемент дороги — земляное полотно, от качества которого зависит работа всей дорожной конструкции. В свою очередь, качество земляного полотна определяет степень уплотнения слагающих его грунтов. На сегодняшний день, как отмечает директор дорожного института, назрела необходимость обновления в дорожных организациях парка грунтоуплотняющих машин. «За рубежом для уплотнения грунтов применяют катки массой 25-30 тонн, — отметил С. Кравченко. — В то время как наши подрядчики еще работают катками массой 14-15 т. Как выход из существующей ситуации при уплотнении земляного полотна из песчаных грунтов можно рекомендовать шире использовать вибрационные катки массой 12-18 т, позволяющие уплотнять слои толщиной до 60-70 см». Важным на сегодняшний день является снижение затрат на возведение земляного полотна. Для снижения затрат на выполнение системы водоотвода, укрепительных работ на конусах и откосах насыпей подходов необходимо шире использовать геосинтетические материалы в виде пространственных и плоских георешеток и геосеток, геотекстильных полотен, в том числе с семенами трав. Данные решетки рекомендуется использовать как на укрепительных работах, так и в конструкциях дорожных одежд.
Дорожная одежда
Программой «Дороги Беларуси» на 2006-2015 гг. предусматривается увеличение прочности дорожных одежд ряда участков автомобильных дорог до восприятия транспортной нагрузки 13 т на ось. Это потребует изменения в подходах как к выбору материалов для устройства дорожных одежд, так и к расположению конструктивных слоев по их толщине. По мнению С. Кравченко, используемый сейчас вариант конструкции нежесткой дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием на основании из неукрепленных материалов работает на пределе возможностей.
Условие, при котором модуль упругости щебеночного основания должен быть стабильно высоким в течение всего срока службы, выполнить весьма сложно в силу ряда обстоятельств. Во-первых, разрозненность и отсутствие комплексного подхода к задачам подбора исходных материалов и состава смесей для устройства оснований из неукрепленных материалов, технологии устройства щебеночных оснований и методов контроля качества выполненных строительных работ. Разработанные методы назначения максимальной плотности каменных материалов и подбора оптимальных зерновых смесей для оснований частично решают эту проблему, уверен ученый. Проблему создания достаточного запаса прочности при условии увеличения нагрузок до 13 т на ось позволяет решить устройство укрепленных оснований. Опыт строительства дорог в Беларуси показал эффективность метода устройства дорожных оснований с использованием асфальтогранулята для расклинцовки крупного гранитного щебня. Эффект расклинцовки асфальтогранулятом заключается в том, что при устройстве в последующем асфальтобетонного покрытия из горячих смесей, температура укладки которых не менее 100°-1100°С, асфальтогранулят, представляющий собой продукт дробления асфальтобетонных покрытий, спекается и образует со щебнем практически монолитный слой. Вследствие этого зерна щебня лишаются подвижности и не разрушаются под действием динамических воздействий от транспортной нагрузки. При этом общий модуль упругости дорожной конструкции и коэффициент запаса прочности дорожной одежды возрастает в 1,1-1,2 раза по сравнению с исходным. Повысить общую несущую способность дорожной одежды можно используя материалы, обладающие свойствами самоцементации — в частности, металлургические шлаки. «Белорусский металлургический завод «БМЗ» до 120 тыс. т шлака ежегодно выгружает в отвалы, большую часть данного материала возможно использовать в дорожном строительстве», — отметил С. Кравченко.
Тонкослойные асфальтобетонные покрытия
Тонкослойные покрытия устраиваются из специальных горячих асфальтобетонных смесей с использованием модифицированных битумов, укладываемых на слои проклеивания и герметизации из катионной модифицированной битумной эмульсии, которая наносится непосредственно перед укладкой асфальтобетонной смеси. Комбинация горячей и холодной эмульсионных технологий позволяет укладывать указанные покрытия толщиной 10-15 мм, что невозможно при укладке горячих асфальтобетонов по традиционной технологии. Укладка тонкослойных покрытий осуществляется комбайном (накопитель- укладчик) непрерывного действия на специальном автомобильном шасси. Альтернативой поверхностной обработке является технология устройства защитных слоев из холодных литых асфальтобетонных смесей. Существующая технологическая и нормативная база позволяет устраивать защитные слои как с применением чистых битумных эмульсий (Сларри-Сил), так с использованием модифицированных вяжущих (Микропокрытие). Ведутся работы по введению в эти смеси дисперсно-армирующих волокон (стекловолокна, полиэфирных волокон, целлюлозного волокна и др.), что позволит продлить срок эксплуатации таких слоев и повысить их сцепные характеристики за счет применения более крупных фракций минерального материала. Для достижения оптимальных эксплуатационных характеристик защитных слоев разработана и внедряется на дорогах страны технология «Кап Сил», представляющая комбинацию поверхностной обработки с применением щебня крупной фракции и защитного слоя «Сларри Сил». Данный вариант, по мнению С. Кравченко, позволяет получить шероховатый защитный слой повышенной долговечности, обладающий хорошими гидроизоляционными и сцепными характеристиками. В качестве профилактической меры восстановления эксплуатационных характеристик верхних слоев в асфальтобетонных покрытиях разработана технология реабилитации способом пропитки с применением катионных эмульсий на основе битумов и пластифицирующих составов. Данная технология позволяет при минимальных затратах продлевать межремонтные сроки эксплуатации изношенных асфальтобетонных покрытий. Широкое распространение в регионах страны получила разработанная институтом технология перевода гравийных покрытий в черные. «Ее суть — поясняет ученый, — заключается в стабилизации верхнего слоя битумной эмульсией и устройстве защитного слоя методом двух- или трехслойной поверхностной обработки — «сэндвич». В качестве перспективных направлений, над которыми ведутся работы в настоящее время, можно отметить противогололедные материалы пролонгированного действия, вводимые в состав дорожно-строительных материалов на стадии строительства или содержания автомобильных дорог. Ведутся исследования по разработке новых перспективных составов эмульгированных вяжущих и добавок в дорожные битумы.
Основные разработки и проекты
По словам директора «БелдорНИИ» С. Кравченко, создание новых конструктивных решений пролетных строений и опор моста через р. Поня позволило снизить более чем на 20% стоимость его реконструкции. При этом мост из недолговечной разрезной статической схемы преобразован в рамную систему, что позволило повысить его грузоподъемность. На объекте применены эффективные парапетные ограждения, обладающие самой высокой удерживающей способностью, с лицевой поверхностью по кривой самого трудного подъема — эквидистанте брахистохроны.
«Мост через р. Поня эксплуатируется уже 2 года, признаков дефектов и отказов элементов моста нет, — подчеркивает директора «БелдорНИИ». — Опыт обследований мостовых сооружений свидетельствует, что в последнее время выявляется большое количество мостов, которые через 10-12 лет эксплуатации после капитального ремонта требуют проведения нового капитального ремонта. Причин такого положения много, но основная причина заключается в тиражировании при капремонте устаревших конструктивных решений». Мост через р. Поня является в этом смысле хорошим исключением. К слову, в настоящее время аналогичное решение реализуется на мосту на автодороге М-10 РУП «Гомельавтодор». Перспективным видится сооружение транспортных тоннелей из сборных гофрированных элементов, которые являются экономной альтернативой путепровода. В институте совместно с Фанипольским заводом ЖБМК РУП «Дорстройиндустрия» разработаны конструкции пролетных строений со сводчатыми плитами длиной до 12 м и железобетонные арочные элементы для перекрытия пролетов длиной до 15 м. Отметим, что арочные мосты могут возводиться как в сборном, так и в монолитном вариантах. Это позволит заменить проектные решения при перекрытии мостов с пролетами 6-9 м как самые уязвимые при эксплуатации из-за малой строительной высоты пролетных конструкций, большого количества деформационных швов, низкой долговечности и несовершенства шпоночных соединений. С целью создания долговечных неразрезных пролетных строений под нагрузки А14 и НК-112 с использованием существующей базы Фанипольского завода ЖБМК в «БелдорНИИ» проведены исследования на натурных моделях конструктивных решений пролетов длиной 15-24 м, разработаны чертежи. Реализация в натуре задерживается в связи с поисками объектов строительства: проектировщики более охотно используют типовые, традиционные решения, а все новое требует дополнительного времени даже на ознакомление с разработкой. Хорошим исключением из этого правила явилась совместная работа с РУП «Белгипродор» по внедрению двухъярусных свайных опор мостов, применение которых позволяет снижать на треть стоимость строительства опор путепроводов с пролетами до 24 м. В институте разработана технология устройства асфальтобетонных покрытий на мостах, совмещающих и функции защитного слоя мостового полотна, которые обладают повышенной сдвигоустойчивостью, трещиностойкостью и водонепроницаемостью. Ведутся работы по совершенствованию деформационных швов с резиновыми компенсаторами (по типу «Маурер»), по новым решениям гидроизоляции мостового полотна.
Разработаны также составы морозостойких бетонов для мостового строительства с регулируемыми сроками твердения. В частности, высокопрочные бетоны с морозостойкостью в солях 150 циклов успешно применяются с 2007 г. Исследованы свойства и разработана нормативная база по применению пропиточного материала «Сифтом» производства Гомельского химического завода, который также прошел опытную апробацию на мостовых сооружениях. В настоящее время, по словам С. Кравченко, проводится поиск эффективных химических добавок, повышающих сохраняемость удобоукладываемости бетонных смесей во времени. Внедрение этих добавок в производство позволит существенно повысить качество и долговечность монолитных железобетонных мостовых конструкций. Другими перспективными направлениями исследований являются создание базы данных по химическим и минеральным добавкам в бетон и на основе полученной информации актуализация положений технологии получения бетонов высокой эксплуатационной надежности, высокопрочных бетонов, внедрение экономичной малоэнергоемкой технологии изготовления сборного и монолитного железобетона из самоуплотняющихся бетонных смесей. Ведутся работы по изучению и внедрению новых методов исследования мостовых конструкций и контроля их напряженно-деформированного состояния. В частности, при помощи электромагнитных датчиков и метода резонансного контроля ведутся исследования поведения металлоконструкций пролетного строения моста через р. З. Двина при надвижке. В последующем эти датчики будут использоваться на этом же мосту для оценки напряженно- деформированного состояния наиболее характерных сечений при эксплуатации. Метод резонансного контроля прошел успешную апробацию на мостах через р. Мухавец в г. Бресте, на мосту через р. Днепр в д. Александрия.
Александр ПАНИЧ по материалам семинара «Новые материалы и технологии при строительстве, ремонте и содержании автодорог»
Фото: департамент «Белавтодор»
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 36 за 2008 год в рубрике дороги
