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 I960 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. Относитель-

ное 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. Динамика изменения типов покрытий хорошо иллюстрируется на примере ФРГ:

Годы................................................................................... 1966 1971 1985

Относительная протяженность покрытий, %:

облегченных усовершенствованных и асфальто­
бетонных................................................................ 32,8 55,9 95

бетонных.......................................................................... 66,6 44,1 5

брусчатых................................................................. 0,7 — —

Гак 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 [206]. 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, 1 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. До-

казательством 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 морозоза-щитного слоя и для предотвращения ее проникания в основание с обочин по краям бетонных покрытий располагают систему пере­хватывающих и отводящих воду поверхностных дренажей (рис. 9.6).

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.

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.

Поиск по сайту: