Глава 13. Эксплуатационные качества дорог с усовершенствованными покрытиями

13.1. Влияние природных факторов на работоспособность дорожных одежд

Построенная дорога подвергается воздействию природных факторов -воды, ветра и колебаний температуры. Мероприятия, проводимые при строительстве, например возвышение бровки земляного полотна, обеспечение отвода воды от дороги, посадка снегозащитных древесных насаждений и другие, смягчают эти воздействия, но устранить их полностью не могут. Природные воздействия, ослабляя дорожные одежды, способствуют интенсив­ному их разрушению под действием проезда автомобилей.

В жаркую сухую погоду поверхность усовершенствованных дорожных покрытий нагревается до 60 - 70 °С. При этом вяжущие свойства битума ухудшаются, покрытия размягчаются и при избыточном содержании битума могут легко деформироваться колесами. Быстрое понижение температуры зимой вызывает рас­трескивание асфальтобетонных покрытий, а также покрытий, обработанных органическими вяжущими материалами.

Бетонные одежды из-за неравномерности их нагрева по толщине коробятся. Трение плиты о грунтовое основание противодействует температурному расширению и сжатию бетонных плит и вызывает образование в них поперечных трещин и даже разрыв плит.

Щебеночные и гравийные покрытия при пересыхании в сухую погоду теряют связность, плохо сопротивляются воздействию нагрузок от автомобилей. Связность щебеночных и гравийных дорожных одежд снижается также и при насыщении их влагой в осенние и весенние периоды. Из опыта эксплуатации дорог известно, что износ покрытий в период переувлажнения примерно в 1,5 раза выше, чем в сухое время года. Осенью вода, превращаясь при ночных заморозках в лед и увеличиваясь при этом в объеме, также нарушает связность покрытия.

Переувлажнение грунтов, подстилающих дорожную одежду весной и осенью, резко понижает их сопротивление внешним на­грузкам. Прочность покрытий и допускаемая по ним интенсив­ность движения в эти периоды резко снижаются.

В условиях влажного и сравнительно холодного климата, характерного для северной части европейской территории СНГ, отрицательные температуры вызывают зимнее подтягивание влаги из теплых, незамерзших глубинных слоев грунта в замерзшую зону и образование пучин, приводящие к разрушению весной дорожных одежд (см. п. 15.5).

13.2. Воздействие автомобилей на дорожные одежды

Движение по дорогам автомобилей сопровождается возникнове­нием передающихся на покрытие толчков и горизонтальных уси­лий, которые вызывают появление деформаций дорожных одежд — сквозных проломов, выбоин, колей, волн, истирания (износа) покрытий. За исключением проломов, все виды деформаций захва­тывают только верхние слои дорожной одежды, преимущественно покрытие, и делают ее поверхность неровной.

Проломы - разрушения дорожных одежд на всю толщину до подстилающего грунта. Обычно они возникают на полосах наката, мл которых сосредоточивается движение колес. Образуются пре­имущественно в периоды переувлажнения подстилающего грунта при несоответствии конструкции дорожной одежды типам автомо-оплей или интенсивности движения. Опасность возникновения проломов при пропуске тяжелых нагрузок может быть установлена контрольными расчетами дорожных одежд или их испытаниями но методике, изложенной в и. 7.5.

Выбоины - местные поверхностные разрушения покрытий в виде углублений - возникают от ударов колес при переездах через неровности покрытия. Причиной выбоин является, как правило, недостаточная связность покрытия, использование за­грязненного щебня, включения непрочных каменных материалов и т. п. На малосвязных щебеночных и гравийных покрытиях г. большинстве случаев выбоины имеют плавный продольный профиль, уравнение которого может быть выражено волной сину-( оиды или параболой. На покрытиях асфальтобетонных и щебеноч­ных, укрепленных органическими вяжущими, выбоины обычно имеют крутые края.

При переезде автомобиля через образовавшуюся в одном месте выбоину происходит удар колеса, который вызывает колебания кузова на рессорах. Во время дальнейшего движения в местах обжатия рессор при колебаниях на покрытия передаются нагрузки, превышающие статическое давление. Поэтому одна своевременно незаделанная выбоина может явиться причиной возникновения на дороге цепи выбоин, расположенных примерно на одинаковых расстояниях друг за другом.

Поперечные трещины на усовершенствованных покрытиях нежесткого типа вызываются быстрыми резкими понижениями температуры. Весной в период оттаивания на участках с перенасы­щенным влагой земляным полотном на покрытии возникает тонкая сетка трещин, как бы разделяющих покрытие на отдельные квад­раты. Это свидетельствует о значительном снижении прочности дорожной одежды, которая если не закрыть движения, может разрушиться.

Колеи на дорогах с твердым покрытием представляют собой понижения поверхности покрытия в местах сосредоточения прохо­дов по одному следу. Обычно они образуются на дорогах с малой шириной проезжей части (4,5-5,5 м). Колеи возникают преиму­щественно от просадок дорожной одежды при слабом подстилаю­щем грунте в период вскрытия пучин и в меньшей степени от износа покрытия.

Сдвиги - смещения асфальтобетонных покрытий и покрытий из щебня или гравия, обработанных органическими вяжущими материалами. Они образуются в направлении движения автомоби­лей в местах частых и интенсивных торможений - на крутых спусках, у перекрестков, перед светофором, у троллейбусных и автобусных остановок. Сдвиги обычно возникают при избытке вяжущего в жаркие летние периоды, когда покрытия размягчаются и становятся пластичными.

Волны - неровности в виде чередующихся поперечных гребней и понижений, располагающихся примерно на равных расстояниях друг от друга - через 0,9 - 1,2 м. Они хорошо видны ночью при свете фар по отбрасываемым ими теням. Появление волн обычно связывают с колебаниями колес автомобилей, поскольку расстоя­ние между волнами соответствует пути, проходимому автомобилем за период одного колебания пневматика (около 0,1 с). Наиболее интенсивно происходит образование волн на дорогах при колонном движении однотипных автомобилей. Особенно подвержены обра­зованию волн гравийные дороги.

Для цементобетонных покрытий характерны деформации, свя­занные с недостаточным качеством их строительства - шелуше­нием поверхности, представляющее собой отслаивание мелких частиц материала покрытия, обычно цементного камня и песка, в результате различия в значениях коэффициентов температурного расширения и расклинивающего действия воды, замерзающей в мелких трещинах. Шелушение бетона часто вынуждает укладывать на бетонных дорогах после нескольких лет эксплуатации слой асфальтобетона.

Износ - относительно равномерное по площади уменьшение толщины покрытия. Износ тем более равномерен, чем прочнее материал покрытия. Основная причина износа малосвязных покры­тий (щебеночных и гравийных) - выбивание колесами из покрытия отдельных щебенок в сухой период года, сметание мелких частиц с покрытия ветром и воздушными вихрями при движении автомобилей или смыванием их водой. Для усовершенствованных покрытий наиболее характерен износ от истирания их поверхности шинами.

В связи с продольными и поперечными колебаниями автомоби­лей при движении давление колес на покрытия то возрастает, то уменьшается. В момент разгрузки колес тяговое усилие временами может превышать сцепление колес с покрытием ( F > ). В это время происходит кратковременное пробуксовывание, которое гасится при последующем нажиме колеса. Фактическая частота вращения ведущих колес обычно на 2 - 4 %, а иногда и более превышает частоту вращения, вычисленную исходя из значения радиусов качения.

У ведущих колес при передаче вращающего момента участки шины, подходящие к зоне контакта с покрытием, сжимаются, так как трение протектора о покрытие тормозит движение шины, л г.ышедшие из контакта участки растягиваются. При этом в задней части отпечатка происходит интенсивное проскальзывание шины. Проскальзывание участков шин в поперечном направлении связано с явлением бокового увода шин. Во всех случаях при проскальзывании отдельных участков шины впившиеся в протектор песчинки и пылеватые частицы действуют как абразив, истирающий покрытие. На малосвязных покрытиях (щебеночных или гравийных) проскальзывающие участки шины могут выдергивать из покрытия отдельные щебенки. Это ярко проявляется в первые дни после устройства поверхностных обработок, когда щебенки, отбрасываемые колесами идущих впереди автомобилей, разбивают ветровые стекла следующих за ними автомобилей.

Износ покрытий зависит от прочности каменного материала, тщательности выполнения строительных работ, своевременности проведения текущих ремонтов, а также от типа автомобилей, степени их нагрузки, скорости движения и типа шин.

Меньшие значения относятся к менее прочным каменным мате­риалам.

В последние годы за границей получили распространение шипованные шины, повышающие сцепление на дорогах, покрытых слоем льда и снега. При движении по дороге с чистой поверхностью они вызывают значительный износ покрытия, достигающий за год на полосах наката, по которым сосредоточены проходы колес, 5 - 8 мм. Поэтому в настоящее время периоды использования таких шин ограничивают, а в некоторых странах они запрещены.