Опыт показал, что современные асфальтоукладчики могут укладывать за один проход слой толщиной до 25 см при ширине до 12 м. Единовременная укладка толстого слоя смеси имеет ряд преимуществ перед послойной, так как создает покрытия более высокого качества, требует меньше времени и оборудования, может осуществляться в холодную погоду и даже в дождь. Она позволяет снизить трудоемкость работ и обеспечивает интенсивное уплотнение.
Проведенные в США исследования также показали, что плотность асфальтобетона, укатываемого в толстых слоях, выше, чем в тонких. Наилучшие результаты уплотнения были получены при укатке пневмокатками с давлением при предварительном нагреве шин. Экспресс-способ определения достигаемой при укатке плотности покрытия, применяемый в США, привел к выводу, что укатка наиболее эффективна, пока температура в асфальтобетоне выше 90°С. В то же время по нормам ряда других стран уплотнение продолжается до тех пор, пока температура не снизится до 60-70°С.
В ФРГ установлено, что укладка асфальтобетонных покрытий слоями большой толщины имеет следующие преимущества: смесь можно укладывать при более низкой температуре воздуха, не опасаясь ее преждевременного охлаждения; дождь во время укладки смачивает только одну поверхность толстого слоя, а не несколько поверхностей, как это происходит при последовательной укладке нескольких слоев; исключается плохое сцепление слоев между собой из-за их загрязнения и различия в температуре; уменьшается дробление зерен.
Считается, что температура во время укладки должна быть постоянной. Уплотнение катками на пневматических шинах наиболее эффективно при температуре поверхности слоя 75-95°С. Эффективное уплотнение может быть достигнуто благодаря большему числу проходов тяжелых катков при более продолжительном сохранении температуры смеси в толстых слоях. Укладка асфальтобетонного покрытия слоем большой толщины обходится дешевле, чем многослойная укладка, поскольку отпадает необходимость в повторных операциях для каждого слоя.
Кроме устройства слоев асфальтобетона большой толщины для борьбы с отраженными трещинами могут устраиваться промежуточные слои или трещинопрерывающие прослойки (мембраны). Во многих странах этот слой называют SAMI (Stress Absorbent Membrane Interlager), промежуточный слой, поглощающий напряжения.
По своему функциональному назначению промежуточные слои делятся на армирующие, которые повышают сопротивление асфальтобетона разрыву в зоне растяжения, и снижающие, перераспределяющие и поглощающие эти напряжения. Промежуточные слои могут устраиваться из резинобитумных смесей, битумоминеральных смесей с разными добавками, из битумоминеральных смесей, усиленных сетками из искусственных материалов или из металла, или усиленных волокнами целлюлозы, пропитанной битумом и других материалов. Толщина этих слоев колеблется от 5 до 50 мм и более.
Так, например, под слой усиления из асфальтобетона толщиной 10 см и более рекомендуется устраивать промежуточный слой из щебня фракции 8-11, обработанного вяжущим, модифицированным с помощью высокополимеров, с расходом вяжущего 3-3,5 кг/м2 и щебня 8-15 кг/м2 а под слоем усиления 4 см и меньше рекомендуется уложить полипропиленовую сетку весом 140 кг/м2 с распределением модифицированного битума с расходом 1,3-1,6 кг/м2 [ 8 ].
Широкое распространение находят различные способы усиления промежуточного слоя путем укладки металлической сетки или сетки полипропилена в виде решетки из высокопрочных полимеров, применение которого позволяет более равномерно распределять нагрузку на нижележащие слои, воспринимать растягивающие напряжения и локализовать развитие трещин (рис. 22.22). Применение этого материала позволяет экономить до 25 % смеси при усилении асфальтобетонных покрытий. Аналогичные сетки выпускаются во многих странах.
Рис. 22.22. Локализация трещин в дорожной одежде при укладке решетки из синтетического материала Tensar.
а - дорожная одежда без прокладки; б - дорожная одежда с прокладкой.
старое покрытие или основание; 2 - новое покрытие; 3 - дополнительный слой основания; 4 - шов или трещина в старом покрытии или основании; 5 - отраженная трещина; 6 - прокладка из материала Tensar
Имеется опыт устройства промежуточного слоя толщиной 1,5-2 см из песчаного асфальтобетона с добавкой резиновой крошки и большим количеством битума. Этот слой снижает и перераспределяет напряжения в местах появления трещин, поглощает внутренние пластические деформации, а также обеспечивает водонепроницаемость. Для приготовления такого материала используют пески непрерывного зернового состава от 0-3 до 0-6 мм. В основном применяют дробленые пески с небольшим количеством окатанного песка. В качестве вяжущего используют модифицированный полимерами битум в количестве 9-12,5 %. За счет добавления волокон увеличивается трещиностойкость этого материала.
Второй способ усиления дорожной одежды состоит в замене верхнего слоя или всех слоев покрытия с сохранением существующего основания дорожной одежды. Его применяют, если на старом покрытии много повреждений в виде сетки трещин и выбоин, связанных с существенной потерей прочности материала покрытия или его слоев. Кроме того, этот способ целесообразен в тех местах, где нельзя увеличивать толщину покрытия (например, на мостах во избежание снижения их грузоподъемности, в тоннелях или на участках под путепроводами, во избежание уменьшения габаритов по высоте). Асфальтобетонные слои снимают с помощью фрез.
Третий способ предусматривает полную замену всей дорожной одежды. Это может потребоваться при потере прочности материалов или слоев основания, необходимости строительства новых дополнительных слоев основания (дренирующего, теплоизолирующего), а также при исправлении земляного полотна. В каждом случае рекомендуется максимально использовать материал старой дорожной одежды.
При реконструкции дорог с переводом их в более высокую категорию на ряде участков дорожная одежда не может быть использована. В первую очередь, это участки, на которых в результате повышения отметок продольного профиля дорожная одежда должна быть расположена значительно выше старой, отделенной от новой слоем грунта большой толщины (рис. 22.23).
Рис. 22.23. Схема устройства дорожной одежды новой конструкции на земляном полотне, в теле которого находится старая одежда
Кроме того, при спрямлении старой дороги неизбежно остаются неиспользованными участки старой дороги в местах кривых малых радиусов и другие участки, опасные для движения.
На участках, протрассированных вне старых дорог, на новом земляном полотне устраивают новую дорожную одежду необходимой прочности и ширины в соответствии с техническими правилами строительства новых дорожных одежд. При этом дорожную одежду на оставляемых участках старых дорог обычно разбирают, а материалы ее слоев повторно используют после переработки и обогащения.
22.6. Особенности реконструкции дорожных одежд с цементобетонными покрытиями
При реконструкции дорожных одежд с цементобетонными покрытиями обычно выполняют работы по уширению и усилению (повышению прочности) дорожной одежды.
В случае уширения существующего цементобетонного покрытия или основания, хорошее качество сопряжения с цементобетонной полосой уширения дает специальная конструкция, приведенная на рис. 22.24. Она не только несколько толще в месте примыкания, но и имеет выступ, который заходит под старое покрытие. Старое покрытие таким образом получает усиление края за счет опирания на плиту уширения. Во избежание проникания воды шов между старым и новым покрытием необходимо заполнять мастикой. Однако эта конструкция достаточно сложна технологически.
Усиление дорожных одежд с цементобетонными покрытиями можно выполнять следующими способами:
устройство слоев усиления из асфальтобетонных смесей поверх старого цементобетонного покрытия без нарушения его сплошности;
то же, с предварительным дроблением старого цементобетонного покрытия на мелкие блоки и тщательным уплотнением полученного таким образом материала основания;
устройство слоя усиления из непрерывно армированного бетона поверх старого цементобетонного покрытия.
Цементобетонное покрытие чаще всего усиливают путем укладки одного или нескольких слоев асфальтобетона. Однако чтобы уменьшить вероятность образования трещин, оно может состоять из нескольких слоев общей толщиной 9-18 см или быть однослойным. Перед укладкой асфальтобетонной смеси швы в цементобетонном покрытии расчищают, заливают битумом и цементным раствором, посыпают песком и для исключения сцепления слоев швы закрывают полиэтиленовой пленкой, бумагой, пропитанной битумом на ширину 0,5-0,8 м с каждой стороны шва.
Рис. 22.24. Схема уширения цементобетонного покрытия:
1 - новое бетонное покрытие уширения; 2 - старое бетонное покрытие; 3 - арматура. Все размеры даны в метрах
Другим вариантом усиления цементобетонных покрытий, обеспечивающим снижение образования трещин, является укладка слоя асфальтобетона толщиной 4-8 см поверх предварительно проложенной полипропиленовой пленки или нетканых материалов.
За рубежом усиливают прочность и устраняют поверхностные дефекты, укладывая армированный или неармированный бетон (или фибробетон) различной толщины. Слой армируют металлической сеткой с ячейками размером 10×30 см и толщиной 7-8 см. Армированные бетонные покрытия обладают преимуществом - они могут быть небольшой толщины.
При уширении дорожной одежды с цементобетонным покрытием (аналогичной одежде на МКАД) целесообразно существующую и уширяемую проезжие части перекрывать слоем усиления из непрерывно армированного бетона минимальной толщины (порядка 10 см). При качественном выполнении работ срок службы непрерывно армированных покрытий превышает 45 лет при незначительных затратах на ремонт и содержание. Такие конструкции наиболее эффективны при интенсивном движении автомобилей, основную часть которых составляют тяжелые грузовые автомобили. Наиболее целесообразно применение этих конструкций на подходах и обходах крупных городов и на дорогах высших категорий.
Если материалы старого покрытия и слоя усиления имеют различные модули упругости, сначала определяют расчетом прочности на растяжение при изгибе эквивалентную толщину плиты из разных по модулю материалов, приведенную к толщине материала с наибольшим модулем упругости, а затем определяют требуемую толщину усиления
где (22.9)
hэкв - толщина однородной плиты, см;
- модуль упругости материала старого покрытия, эквивалентный по жесткости на изгиб старому покрытию и слою усиления, МПа;
- толщина старого покрытия, см;
Еус - модуль упругости материала, используемого для усиления, МПа;
hус - толщина усиления, см.
Для усиления дорожных одежд с цементобетонным покрытием рекомендуется применять полимерасфальтобетон в соответствии с техническими условиями ТУ 35-1669-88 «Вяжущие полимерно-битумные на основе ДСТ и полимерасфальтобетон», утвержденными Минтрансстроем СССР в 1988 г.
Полимерасфальтобетон обладает повышенной прочностью, эластичностью и теплостойкостью в широком диапазоне эксплуатационных температур. Применение полимерасфальтобетона повышает трещиностойкость слоя усиления над поперечными швами старого цементобетонного покрытия.
Для приготовления полимерасфальтобетонных смесей используют полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) на основе дивинилстирольного термоэластопласта (ДСТ) соответствующих марок. В зависимости от вязкости ПБВ делятся на следующие марки: ПБВ 40/60, ПБВ 60/90, ПБВ 90/130, ПБВ 130/200, ПБВ 200/300.
ПБВ получают введением в битум 2-4 % ДСТ от массы. В вязкие битумы ДСТ следует вводить в виде раствора в битумном сырье (гудроне) или жидком битуме. В качестве пластификаторов при приготовлении ПБВ используются индустриальные масла.
Введение 2, 3 и 4 % ДСТ дает возможность получить ПБВ с температурой перехода в хрупкое состояние минус 25, 35 и 50°С соответственно. Для получения ПБВ с температурой перехода в хрупкое состояние -60°С в битум необходимо вводить до 6 % ДСТ. Применение ПБВ с температурой перехода вяжущего в хрупкое состояние, соответствующей минимальной зимней температуре эксплуатации слоя усиления, обеспечивает трещиностойкость этого слоя, в особенности над поперечными швами усиливаемого покрытия.
Полимерасфальтобетонные смеси и их зерновой состав должны удовлетворять требованиям ГОСТ 9128 -84 для асфальтобетонных смесей соответствующих марок.
Контрольные испытания качества полимерасфальтобетона в покрытии производят по водонасыщению, набуханию, пористости минерального остова и остаточной пористости, а также по коэффициенту уплотнения.
Качество ПБВ устанавливают стандартными методами, принятыми для оценки свойств дорожных битумов. Кроме того, определяют однородность и показатель эластичности, характеризующий способность ПБВ к обратимым деформациям, в соответствии с ТУ 35-1669-88.
Слои усиления из непрерывно армированного бетона устраивают неограниченной длины и прерывают их только перед искусственными сооружениями (мостами, путепроводами и т.д.). Концевые участки слоев усиления из непрерывно армированного бетона должны быть закреплены неподвижными упорами траншейного или свайного типа.
Слои усиления должны обеспечивать прочность и ровность дорожной одежды в течение заданного срока службы под воздействием автомобильных нагрузок и климатических факторов.
Толщина слоя усиления из непрерывно армированного бетона определяется расчетом. При усилении дорожной одежды с цементобетонным покрытием толщина слоя усиления из непрерывно армированного бетона может составлять 10-12 см. Слой усиления из непрерывно армированного бетона укладывается непосредственно на старое цементобетонное покрытие без устройства изолирующих и выравнивающих прослоек (рис. 22.25).
Рис. 22.25. Принципиальные схемы дорожных одежд с непрерывно армированными покрытиями:
новое бетонное покрытие; 2 - старое непрерывно армированное бетонное покрытие; 3 - песчано-цементная смесь; 4 - песок; 5 - черный щебень; 6 - тощий бетон; 7- теплоизолятор (стиропорбетон, пенопласт и др.)
Для армирования покрытий должна применяться арматура периодического профиля. Диаметр арматуры подбирают с учетом минимального раскрытия трещин и принятой технологии строительства. Армирование покрытий можно осуществлять плоскими сварными или вязаными сетками, сварными каркасами, отдельными арматурными стержнями. Непрерывную арматуру располагают на расстоянии 1/3-1/2 hус (hус - толщина слоя усиления) от поверхности слоя усиления. Арматурные каркасы ставятся симметрично относительно нейтральной оси слоя усиления.
Поперечные швы (сжатия и расширения) на слое усиления не устраивают. Продольные швы в зависимости от количества поперечной арматуры устраивают через 3,75 м по типу ложных или через 7,5 м по типу шпунта (рис. 22.26).
Рис. 22.26. Конструкции продольных швов: