Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Развитие дорожного строитеьства

Земляное полотно и дорожные одежды


Земляное полотно и дорожные одежды

Стремление к снижению стоимости строительства, необходимость решения возникших в последнее время проблем экономии энергии и охраны окружающей среды, а также достижения научно-исследовательских работ вызвали появление в практике проектирования и строительства дорог ряда новых прогрессивных идей, включающих максимальное использование прочности местных грунтов, снижение энергоемкости строительства и последующих автомобильных перевозок, широкое применение местных материалов. Более полно используются достижения инженерной геологии и механики грунтов.

В области проектирования устойчивого земляного полотна при повышении требований к степени и однородности уплотнения грунта реализуется принцип максимального использования прочности самого грунта на месте залегания. Удаление из-под насыпи слабых водонасыщенных грунтов заменяют оставлением их на месте с применением ряда конструктивных решений, использующих малую несущую способность таких грунтов на основе учета положений теории предельного равновесия загруженной полосы на пластическом основании («задача Прандтля»). Выжиманию из-под насыпи грунта основания препятствуют, устраивая земляное полотно с широкими бермами или очень пологими откосами. Давление насыпи на грунт уменьшают, возводя насыпь из легких материалов (котельного шлака, торфа, стиропора), закладывая в нее пустотелые элементы или уменьшая возвышение бровки земляного полотна над уровнем воды с соответствующей закладкой в грунт изолирующей прослойки, а также устраивая насыпи на сваях из песка или грунта, укрепляемого на месте известью.

Поскольку прочность водонасыщенного грунта возрастает по мере отжатия воды темпы возведения насыпей на слабых основаниях увязывают с нарастанием сопротивления сдвигу, ускоряя удаление воды вертикальным дренированием или путем электроосмоса. Широкое использование в конструкциях земляного полотна начал находить геотекстиль — нетканый материал из отходов промышленности синтетических материалов. В зависимости от назначения он бывает пористым или водо- и паронепроницаемым. Основные цели его применения в земляном полотне — предотвращение проникания грунта насыпей в подстилающий слабый грунт выравнивание напряжений по поверхности контакта подошвы насыпи с грунтом основания, отвод выжимаемой воды из основания и стабилизация водного режима верхней части земляного полотна, устраиваемой по принципу «грунта в обойме» — уплотненного слоя грунта оптимальной влажности, замкнутого со всех сторон в слоях водо- и паронепроницаемого геотекстиля.

Большое распространение начали получать конструкции из «армированного грунта», заменяющие подпорные стенки и береговые устои мостов. В них грунт перестает играть роль вредной нагрузки от оползающей в виде клина массы засыпки, стремящейся опрокинуть или сдвинуть подпорную стенку при расчете по обычной теории сыпучих тел (схема Кулона). Наоборот, сопротивление трения о грунт выдергиванию заложенных в тело насыпи полос металла или малорастягивающегося синтетического материала препятствует смещению одевающей откос легкой сборной стенки. Во Франции только с 1964 по 1970 г. было построено 2,5 тыс. шт. таких подпорных стенок.

Эстетические соображения и требования охраны окружающей среды вызвали более осторожный подход к скальным работам в горной местности: вместо обрушения трещиноватых откосов — широкое применение закрепления скальных блоков анкерами.

Сильно изменились ограничения на использование грунтов в насыпях. Считается, что при обеспечении стабильности водного режима земляного полотна, изоляции неустойчивых грунтов от просачивания в них поверхностной воды и при закладке в теле насыпи осушающих песчаных или геотекстильных прослоек для отвода грунтовой воды, для его возведения пригодны практически все грунты. Находят применение широкий круг отходов промышленности — шлаки, горелые сланцы отвалов каменноугольных шахт, мел из расположенных поблизости выемок, камень и кирпич из разбираемых зданий, золы уноса и др. В ФРГ широко используют для возведения земляного полотна золошлаки от печей, в которых сжигают в городах бытовые отбросы. Переувлажненные грунты укладывают в насыпи в сочетании с водоотводящими прослойками.

Идея дорожно-климатического районирования территории СССР, зародившаяся перед второй мировой войной, получила большое развитие. Резко различающиеся климатические условия разных районов страны детально учитываются в технических правилах проектирования земляного полотна и дорожных одежд. Разработаны оправдавшие себя в практике строительства региональные нормы на проектирование дорог в зоне распространения вечно-мерзлых грунтов, искусственного орошения, засоленных грунтов и песчаных пустынь, в заболоченных районах и т. п.

Большую актуальность приобретают вопросы конструирования дорожных одежд с учетом требований экономики ресурсо- и энергосберегающей технологии и механизированного производства строительных работ.

Характерно снижение интереса к совершенствованию теории расчета дорожных одежд. Большое влияние на это оказали проведенные в США с 1958 по 1960 г. Ассоциацией сотрудников дорожных управлений штатов (AASHO) обширные испытания в штате Иллинойс опытных участков разных дорожных одежд проездами автопоездов до полного разрушения. В результате этих испытаний накоплены обширные материалы о работоспособности различных их конструкций. В решениях XVIII Международного дорожного конгресса 1984 г. в Сиднее отмечалось, что методы расчета дорожных одежд с теоретической точки зрения достигли совершенства, но эффективность их использования в большей степени зависит от точности, с которой могут быть определены расчетные параметры грунтов и материалов конструктивных слоев дорожных одежд. Пропагандировавшийся в 50-х годах метод «комплексного проектирования» дорожных одежд и земляного полотна, при котором считали возможным низкий модуль деформации грунтов земляного полотна компенсировать соответствующим увеличением прочности дорожной одежды [298], в ряде стран сменился требованием от строителей гарантированной прочности земляного полотна, при которой на всем протяжении дороги можно использовать типовые конструкции дорожных одежд. Возможность этого обеспечивается существенным повышением требований к степени уплотнения грунтов в земляном полотне по сравнению с довоенными и эффективной системой контроля за уплотнением при производстве земляных работ.

При реконструкции дорожных одежд и капитальных ремонтах прочность одежд, как правило, меняющуюся на коротких участках дорог, определяют при помощи подвижных установок высокой производительности. Помимо непосредственного обнаружения слабых мест, эти испытания позволяют накапливать данные для надежного уточнения расчетных параметров конструктивных слоев дорожных одежд с учетом вероятностного характера этих параметров и местных гидрологических условий.

Опыт эксплуатации бетонных покрытий во время второй мировой войны и в первые послевоенные годы показал, что они не являются столь прочными и долговечными, как предполагалось ранее. Усталостные явления в бетоне, вызывающие появление трещин, делают необходимым расчет и конструирование бетонных покрытий с учетом воздействия многократных проездов. Кроме того, поврежденные бетонные покрытия очень трудно ремонтировать.

Поэтому после второй мировой войны основным типом дорожных покрытий в большинстве стран стали асфальтобетонные. Этому способствовало появление высокопроизводительных укладчиков асфальтобетонной смеси на гусеничном ходу, а затем автоматизированных укладчиков со следящими системами. Относительное протяжение участков дорог с цементобетонными покрытиями во всех странах уменьшается в результате сокращения их строительства на новых дорогах и перекрывания асфальтобетоном начавших разрушаться бетонных покрытий.

Так называемый «нефтяной кризис» в капиталистическом мире — искусственно созданное в начале 70-х годов резкое повышение цен на нефть и кажущийся ее дефицит — нашли отражение в отказе от толстых многослойных асфальтобетонных покрытий, одно время широко применявшихся при конструировании дорожных одежд. 70-е годы характерны почти повсеместным переходом на однослойные покрытия, а в ряде стран асфальтобетонные покрытия перестали строить, и битум использовали только при ремонте. В Болгарии, ГДР, Франции и Румынии применение материалов, обработанных битумом, в основаниях было запрещено. В Венгрии толщина всех слоев одежды в покрытии и основании, обработанных битумом, была ограничена 10 см.

Поскольку тонкие слои покрытия работают в более тяжелых условиях, чем толстые, в битумы вводят добавки для повышения их тепловой и сдвигоустойчивости — резиновую крошку из размельченных старых шин и различного рода полимерные добавки. В ЧССР и Австрии в битум добавляют 20—30% серы, в ФРГ в целях экономии битума расширяется использование битумно-дег-тевых вяжущих. Вновь начал проявляться интерес к использованию битуминозных горных пород.

Наблюдается увеличение использования для укрепления щебеночных материалов и грунтов в нижних несущих слоях дорожных одежд как неорганических вяжущих материалов — цемента и извести, так и обладающих вяжущими свойствами промышленных отходов — зол уноса и шлаков.

Указанное ограничение в использовании битума имело временный характер. После происшедшего резкого снижения цен на нефтяные продукты на мировом рынке в связи с развертыванием западноевропейскими странами добычи нефти на прибрежных шельфах асфальтобетон вновь начал получать широкое распространение. В типовые конструкции дорожных одежд ФРГ 1986 г. вновь включены одежды с суммарной толщиной слоев, обработанных битумами, до 30 см. Одновременно сохранены конструкции с основаниями из материалов, обработанных цементом.

Расширяется круг используемых в дорожных одеждах отходов и побочных продуктов промышленности. Для СССР интерес к этому вопросу характерен еще с начала 30-х годов, с первых лет развертывания строительства дорог с твердыми покрытиями, но на Западе всегда действовали более строгие требования к каменным материалам, которые там более дешевы и доступны в связи с меньшими дальностями возки. При этом местные материалы рассматриваются не только как путь к экономии затрат, но и как средство экономии прочных каменных материалов, запасы которых также небезграничны, а разработку карьеров приходится увязывать с мероприятиями по охране окружающей среды, чтобы не допустить обезображивания ландшафта.

Широко развивается повторное употребление материалов перестраиваемых дорожных одежд, например, щебня от дробления бетона старых дорожных покрытий. Ведутся попытки использования искусственных каменных материалов — укладка в нижний слой одежд керамзита, обработанного битумом (Польша), и искусственного щебня из обожженной до спекания глины — керамдора (СССР). Временное возрастание цен на битум заставило изменить отношение к старому асфальтобетону. Применяют самую различную технологию его повторного использования — от полного удаления старых покрытий с их переработкой на заводах для последующей укладки в покрытие до частичного разрыхления верхнего слоя на неполную толщину, добавления к нему нового материала и укладки на старое место при ремонтных работах и утолщении. Разрыхление выполняют как с предварительным разогреванием, так и в холодном состоянии. Для компенсации ухудшения свойств битума за период службы в старом покрытии добавляют маловязкий битум.

В верхних слоях покрытий получает распространение сильнопористый «дренирующий» асфальтобетон, который, обладая хорошей шероховатостью, обеспечивает высокий коэффициент сцепления с шинами, предотвращая аквапланирование быстрым отводом из зоны контакта с покрытием водяной пленки, вдавливаемой в поры покрытия.

Следует отметить, что первые годы строительства асфальтобетонных покрытий, относящиеся к послевоенному периоду, сопровождались неудачами. Быстрое увеличение интенсивности движения и транспортных нагрузок в 60-х годах привело к недопустимому развитию пластических деформаций на покрытиях, что было следствием применения пластичного асфальтобетона, содержащего мало щебня и избыточное количество асфальтового вяжущего вещества. В 1967 г. этот недостаток был устранен таким нормированием составов асфальтобетонных смесей, при котором повышенное содержание щебня и уменьшенное количество асфальтового вяжущего вещества способствовали созданию в асфальтобетоне сдвигоустойчивого каркаса. Применение каркасного асфальтобетона не только резко уменьшило количество сдвигов и волн на покрытиях, но и повысило шероховатость поверхности покрытий. В настоящее время состав асфальтобетонов варьируется применительно к характерным природно-климатическим условиям.

Возрастание цен на битум, хотя и имевшее временный и конъюнктурный характер, повысило интерес к бетонным покрытиям. Их строительство в конце 70-х — начале 80-х годов расширилось во Франции, Англии, Португалии, Испании и в ряде других стран. Однако при этом нередко наблюдались случаи быстрого разрушения недавно построенных бетонных покрытий, связанные с тем, что скоростная высокопроизводительная механизированная укладка бетона не всегда сопровождается обеспечением должной требовательности к применяемым цементам и каменным материалам и к соблюдению технологических правил изготовления бетона и, главное, последующего ухода за ним во время твердения. Доказательством возможности длительной службы бетонных покрытий при надлежащем подборе марки и минералогического состава цемента, а также прочности и морозоустойчивости каменных материалов является удовлетворительное состояние бетонных покрытий на многих участках автомобильных магистралей, построенных еще в 30-х годах в Германии.

Конструкция бетонных покрытий претерпела за последние годы ряд изменений. Их строят, как правило, на основаниях из камня или грунта, укрепленного неорганическими вяжущими материалами, что осложняет технологию производства работ и удорожает строительство. Такие основания обеспечивают бетонной плите однородную поддержку при прогибах во время проездов автомобилей и препятствуют прониканию воды в подстилающий грунт, поскольку, несмотря на многочисленные предложения, не удалось найти надежные способы изоляции швов бетонных покрытий. Для ускорения стока дождевой воды увеличивают поперечный уклон покрытий с 15%о, как делали раньше, до 25%о. Широко применяют песчаные основания. Для отвода воды из них или из морозозащитного слоя и для предотвращения ее проникания в основание с обочин по краям бетонных покрытий располагают систему перехватывающих и отводящих воду поверхностных дренажей.

Размеры бетонных плит остались без изменений. Обычно применяют короткие плиты, соединяемые штырями. Сохраняется большое разнообразие в конструкции швов и использовании штырей.

Учитывая осложняющие строительство высокие требования к уходу за свежеуложенным бетоном, при малейшем нарушении которых поверхностный слой бетона теряет морозоустойчивость и через несколько лет начинает шелушиться, а также резкое снижение цен на нефть, объем строительства бетонных покрытий вновь сокращается. Однако можно ожидать большего, чем до подорожания нефти, объема строительств бетонных покрытий, техника которого за эти годы значительно усовершенствовалась с появлением автоматизированных высокопроизводительных укладочных машин на гусеничном ходу.

Рис. 1. Конструкция современного бетонного покрытия:
1 — дополнительная или стояночная полоса проезжей части; 2 — продольный шов; 3 — линия разметки, выделяющая краевую полосу проезжей части; 4 — основные полосы проезжей части; 5 — поперечный шов; 6 — краевой перехватывающий дренаж; 7 — морозозащитный слой, песчаное основание или подстилающий грунт (в зависимости от климатического района); 8 — бетонное покрытие; 9 — укрепленное основание

В период 1945—1955 гг. было сделано преимущественно во Франции много попыток постройки дорожных бетонных покрытий плит с предварительно напряженной струнной арматурой. Однако из-за неэкономичности и технических трудностей заделки концов струн и укладки арматуры на кривых в плане и на вогнутых вертикальных кривых применение предварительно напряженного бетона на дорогах было прекращено. Лишь в ограниченном числе случаев его применяют на взлетно-посадочных полосах аэродромов.

  • * *

Дорожное строительство после второй мировой войны проводится в условиях опережающего роста потребностей автомобильного транспорта. Автомобиль стал неотъемлемой частью современного общества и проникает во все сферы деятельности людей. Все больше грузов передается на автомобильный транспорт.

Подвижность населения резко увеличивается, массовое распространение получает новый вид отдыха — автомобильный туризм. Сосредоточение на дорогах миллионов людей выдвигает новые и резко увеличивает значение решения ранее существовавших проблем — эстетики дорог и гармонии их с ландшафтом, повышения безопасности и удобства пользования дорогами, обслуживания едущих. Развитие автоматизации строительных процессов дает возможность увеличить темпы и повысить качество строительства. Достижения химии и технологии строительных материалов позволяют регулировать свойства материалов и расширить их круг.

Вместе с тем возник комплекс новых проблем устранения вредного воздействия движения по дорогам на окружающую среду и условия жизни населения придорожной полосы, например, проблема защиты от шума в населенных пунктах, решение которой требует совместного труда акустиков, строителей, материаловедов и архитекторов. Возникло противоречие — принципы проектирования автомобильных магистралей и методы их строительства достигли высокого совершенства, но соображения безопасности движения и экономии топлива требуют снижения скоростей, к повышению которых ранее стремились.

Дальнейший шаг должно сделать автомобилестроение в части автоматизации управления и перехода на незагрязняющие окружающую среду виды топлива.





Похожие статьи:
Технические условия и правила проложения дорог на местности

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Развитие дорожного строитеьства

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум