Эксплуатация цементобетонных покрытий автодорог

Цементобетонные покрытия автомобильных дорог работают в условиях сложного напряженного состояния под действием повторных динамических нагрузок от автомобилей и переменных температурно-влажностных полей. При нагревании или охлаждении плит покрытия они стремятся изменить свои линейные размеры, но из-за сопротивления свободному перемещению по основанию в них возникают температурные напряжения. При изменении температуры по толщине цементобетонного покрытия плиты коробятся выпуклостью вниз ночью или выпуклостью вверх, что имеет место днем, в зависимости от направления теплового потока. При несостоявшихся деформациях коробления в плитах также возникают температурные напряжения, величина которых зависит от их собственной массы и геометрических размеров.

Условия работы цементобетонного покрытия в разных его зонах, в центре, на краю, торце, углу плиты, полосе наката, являются существенно неоднородными. Это создает возможность для накопления остаточных деформаций оснований под периферийной частью плит покрытия по всему периметру и для частичного нарушения контакта их нижней поверхности с основанием, особенно в зонах края и поперечных швов. В результате образуются зависающие участки плиты, в которых резко возрастают отрицательные изгибающие моменты при расположении нагрузки над швом.

Температурно-влажностные напряжения совместно с напряжениями от транспортных средств приводят к возникновению и развитию трещин. В цементобетонном покрытии они образуются в разное время, в различных местах плит, имеют разное очертание и направление. Трещины могут быть волосными, поверхностными и сквозными. Поверхностные трещины постепенно увеличиваются в длину и глубину и могут разветвляться в разных направлениях. Опасность сквозных трещин состоит в том, что они снижают несущую способность цементобетонных покрытий и создают условиях для проникания воды в грунтовое основание.

Кроме трещин, к характерным деформациям и разрушениям цементобетонных покрытий относятся шелушение поверхностного слоя бетона, отколы углов и краев плит, их вертикальные смещения, коробление, разрушение стыковых соединений и заполнителей швов. Уменьшение толщины покрытия при воздействии транспортных средств возникает на участках торможения автомобилей, на спусках, перед кривыми, на перекрестках, на участках с интенсивным тяжелым движением. Недостаточная износостойкость покрытия ведет к его шелушению. Речь идет об отслоении чешуи цементного камня с последующим выкрашиванием заполнителя на глубину до 40 миллиметров. Шелушение бывает сплошное, очаговое и вдоль швов.

Нарушение технологии приготовления и укладки бетонных смесей, низкое качество ухода за твердеющим бетоном, использование противогололедных химических реагентов, раннее замораживание бетона покрытия, сочетание интенсивного приложения колесных нагрузок, особенно с шипованными шинами, с частыми циклами попеременного замораживания-оттаивания бетона являются причинами возникновения выбоин, местных разрушений покрытия овальной и круглой формы диаметром 5-10 сантиметров и глубиной до 10 сантиметров. Недостаточное сопротивление покрытия касательным усилиям от транспортных средств; непрочное сцепление цементного камня с заполнителем; наличие грязного и неморозостойкого заполнителя в бетоне; низкое качество уплотнения отдельных участков покрытия создают раковины, местные разрушения покрытия, имеющие такую же форму, как и выбоины, но меньших размеров.

Применение неморозостойких крупных заполнителей; некачественная отделка поверхности покрытия и недоуплотнение бетонной смеси ведут к разрушению дорожной одежды, как проломам, так и полному разрушению дорожной одежды с резким искажением поперечного профиля. Очень часто в этом повинна низкая прочность дорожной одежды в сравнении с требуемой по условиям движения. Просадки и вспучивание, то есть резкие искажения профиля покрытия, сопровождающиеся продольными и косыми пересекающимися трещинами, вызывает переувлажнение грунтов земляного полотна, наличие пучинистых фунтов, глубокое промерзание земляного полотна.

До недавнего времени на постсоветских территориях не применяли специальных технологий восстановления транспортно-эксплуатационного состояния покрытий. Считалось, что цементобетонные покрытия имеют срок службы 25-30 лет и почти не требуют затрат на ремонт. Несвоевременное выполнение, а чаще всего, невыполнение текущего ремонта, а также низкое качество строительства приводили к накоплению значительного количества дефектов уже в первые годы эксплуатации покрытий и резкому снижению их эксплуатационного состояния. В этом случае в десятки раз увеличивалась стоимость ремонта, возрастала сложность выполнения ремонтных работ. Появилось мнение о том, что одним из главных недостатков цементобетонных покрытий является сложность их ремонта и особенно восстановления поверхностного слоя.

Современная стратегия технической политики большинства развитых стран мира в области ремонта и содержания автомобильных дорог состоит в профилактике и предупреждении возникновения деформаций и разрушений дорожных одежд и покрытий. Суть данной стратегии заключается в том, чтобы своевременно выявить места и причины возможных деформаций и разрушений и устранить их на ранней стадии развития. Опыт эксплуатации автомобильных дорог, а также экспериментальные исследования, выполненные в России и за пределами постсоветского пространства, свидетельствуют о том, что ровность дорожных покрытий в течение эксплуатации постепенно ухудшается по мере увеличения числа приложений расчетной нагрузки. Периодическое же восстановление ровности покрытия в период эксплуатации приводит к значительному увеличению его работоспособности.

Небольшой объем работ по устранению ряда некрупных повреждений вполне выполним силами дорожно-эксплуатационных служб. При этом их следует оснащать специальной техникой, исходя из принципа разумной достаточности и экономической целесообразности. Значительные ремонтные работы или работы, требующие использования особой техники, должны быть поручены специализированным организациям.

Если же, как и прежде, стремиться все работы выполнять только силами дорожно-ремонтных строительных участков, амортизационные отчисления за дорогостоящую технику, например, для фрезерования или подъема просевших плит, могут серьезно осложнить жизнь этих служб. Очень важно, чтобы технические возможности дорожно-эксплуатационных организаций позволяли ежегодно производить весь объем работ по ремонту покрытий. В этом случае на покрытии не будут накапливаться повреждения, что приведет к весьма существенному продлению срока службы покрытий.

Для сохранения работоспособного состояния покрытия важную роль играют правильно выбранные ремонтные материалы и технологии, а также периодичность и последовательность выполнения работ. На основании обследования состояния покрытия и выявления причин образования деформаций и разрушений определяют очередность их ликвидации. В первую очередь желательно назначить те ремонтные работы, которые позволили бы устранить причины образования дефектов на покрытии.

Глеб КОТОВ