14.8. Проектирование усиления дорожной одежды

Решение об усилении дорожной одежды принимают в том случае, когда коэффициент запаса прочности К_пр, который представляет собой отношение фактического модуля упругости дорожной конструкции Е_ф, определенного по результатам натурных испытаний, к требуемому по условиям движения в процессе эксплуатации Е_тр, меньше значений, указанных в табл. 14.4.

К_пр=Е_ф/Е_тр. (14.22)

При отсутствии результатов измерений упругого прогиба дорожной одежды усиление необходимо производить на участках дорог с характерными деформациями покрытия, связанными с недостаточной прочностью конструкции, когда предполагается дальнейший рост интенсивности движения и прогрессирующее разрушение дорожной одежды.

Усиление дорожной одежды производят при проведении капитального ремонта, который выполняют с целью улучшения транспортно-эксплуатационных характеристик покрытия и обеспечения безотказной работы конструкции в течение нормативного срока службы. Межремонтные сроки службы нежестких дорожных одежд принимают в соответствии с табл. 14.2.

Критерием назначения капитального ремонта служит такое состояние дорожной одежды, при котором становится невозможным или экономически невыгодным поддерживать транспортно-эксплуатационные показатели покрытия на требуемом уровне путем проведения текущих и средних ремонтов.

В условиях избыточного увлажнения, характерного для территории республики, при проектировании усиления дорожных одежд должны быть предусмотрены меры для обеспечения осушения и морозоустойчивости дорожной одежды, особенно на участках, подверженных характерным деформациям, связанным с переувлажнением грунта земляного полотна.

При этом необходимо:

• установить степень заиливания песчаного дренирующего слоя и пригодность его для осушения дорожной конструкции в течение планируемого срока службы дороги;

• предусмотреть мероприятия по ограничению притока воды.

Для расчета усиления дорожной одежды необходимо определить следующие параметры:

а) расчетную интенсивность движения;

б) прочность существующей дорожной одежды;

в) показатели морозоустойчивости и осушения земляного полотна.

Интенсивность движения определяют на основе натурных наблюдений за участком дороги, на котором производят усиление, находят перспективную суточную интенсивность с учетом среднегодового прироста движения и определяют расчетную интенсивность на полосу движения.

Конструкцию существующей дорожной одежды характеризуют с помощью общей комплексной оценки состояния дорожной одежды, основывающейся на анализе следующих факторов:

– конструкции дорожной одежды, состояния конструктивных слоев и их толщин, грунтово-гидрологических условий земляного полотна;

– состояния покрытия, определяемого на основе визуального обследования деформированности;

– измеренного значения упругого прогиба, проведенных работ по ремонту и содержанию участка дороги.

Оценку состояния земляного полотна и дорожной одежды производят в соответствии с рекомендациями Пособия 3.03.01-96 (приложение К), основными результатами которой являются выделение однородных (характерных) участков дороги, протяженность которых должна быть, как правило, не менее 300 м, с определением причин разрушений. За характерный принимался участок дороги, отличающийся от соседних хотя бы одним признаком:

– конструкцией дорожной одежды;

– грунтом земляного полотна;

– технологией устройства дорожной одежды и качеством применявшихся при этом материалов;

– интенсивностью движения, приведенной к расчетному автомобилю;

– состоянием покрытия по видам разрушения.

Проводят испытания и оценку прочности по упругому прогибу. Затем на основании полученных результатов измерений упругого прогиба уточняют границы характерных участков. При этом могут возникнуть два случая:

а) имеет место соответствие между всеми факторами, характеризующими дорожную одежду;

б) измеренные значения упругого прогиба не согласовываются с остальными факторами.

В первом случае соответствия между всеми факторами толщину слоя усиления определяют, исходя из расчетных значений упругого прогиба, вычисление которого производят путем приведения данных разовых испытаний к расчетному состоянию конструкции с учетом изменяющихся в зависимости от климатических условий свойств грунтов земляного полотна и слоев дорожной одежды.

Если определенные расчетные значения упругого прогиба не согласовываются с остальными факторами, необходимо выполнить дополнительный анализ в направлении поиска причин несоответствия, а также при необходимости дополнительную оценку состояния дорожной одежды с проведением повторных измерений упругого прогиба.

Примерами отсутствия согласования между упругим прогибом и остальными факторами, характеризующими дорожную одежду, могут быть следующие:

а) слабая конструкция дорожной одежды, большие величины прогиба и в то же время хорошее состояние покрытия; причина – недавно выполненный ремонт скрывает имевшие место разрушения на покрытии. В этом случае прогиб дает достоверную характеристику состояния дорожной одежды;

б) слабая конструкция дорожной одежды, значительное количество разрушений на покрытии, одновременно низкие значения прогиба. Если дополнительное обследование земляного полотна и неукрепленных слоев дорожной одежды, в том числе дренирующего слоя, подтвердили их хорошее состояние, следовательно, причиной разрушений является неудовлетворительное качество асфальтобетона верхнего слоя покрытия, и измеренные значения прогиба в данном случае являются характерными для расчета толщины слоя усиления.

Если измерения упругого прогиба производились в благоприятный по климатическим условиям год (с точки зрения работы дорожной конструкции – в летний сухой период) и не было выполнено приведение измеренных значений прогиба к расчетным величинам, то в этом случае необходимо произвести корректировку прогиба или повторно его измерить. Затем следует произвести дополнительный анализ всех факторов, определяющих работу дорожной одежды.

Способности существующей дорожной одежды к сопротивлению замораживанию-оттаиванию, а также возможности дренирующего слоя к осушению конструкции оценивают по материалам обследования дороги с проверкой соответствия толщины дренирующего слоя требуемым значениям.

При выборе типа покрытия и назначения слоев усиления необходимо, чтобы капитальность нового покрытия была не менее, чем у существующего. Материал покрытия должен обеспечивать требуемую шероховатость и устойчивость от сдвигов при высоких положительных температурах. При этом следует учитывать характер разрушений, возникших на существующем покрытии, а также влияние свойств этого покрытия на работу конструкции после усиления дорожной одежды.

При конструировании усиления существующей дорожной одежды необходимо руководствоваться следующими принципами:

– тип покрытия, конструкции одежды должны удовлетворять транспортно- эксплуатационным требованиям;

– при назначении конструкции и материалов слоев усиления необходимо учитывать предыдущий опыт службы дорожной одежды за период эксплуатации дороги, которая будет подвергаться воздействию практически тех же природно-климатических условий и нагрузки;

– конструкция должна быть технологичной и обеспечивать возможность максимальной механизации и индустриализации работ;

– при назначении усиления следует учитывать региональный опыт строительства и эксплуатации дорог, работы конкретных материалов в рассматриваемом районе;

– необходимо стремиться к снижению материалоемкости дорожной одежды;

– следует отдавать предпочтение современным способам производства работ и материалам (регенерация, фрезерование, армирование, геотекстиль, сетки и др.);

– при назначении конструкции усиления следует стремиться устранить причины возникновения разрушений на существующем покрытии;

– при проектировании усиления дорожной одежды необходимо учитывать результаты научных и опытно-экспериментальных работ.

Выбор конструкции для ремонта существующей дорожной одежды осуществляют в зависимости от фактического состояния участков дорог, подверженных разрушению.

Следует применять следующие основные способы усиления дорожной одежды:

1) укладка нового слоя из асфальтобетонной смеси поверх старой дорожной одежды:

а) без выравнивания существующего покрытия;

б) с устройством выравнивающего слоя;

в) с выравниванием существующего покрытия способом термопрофилирования;

г) с выравниванием существующего покрытия способом фрезерования;

2) улучшение свойств существующего покрытия или замена асфальтобетонных слоев с сохранением основания:

а) улучшение свойств асфальтобетонного покрытия по полосам наката и другим местам разрушений способом регенерации и армирования;

б) улучшение свойств асфальтобетонного покрытия способом регенерации и армирования по всей ширине покрытия;

в) замена асфальтобетонных слоев;

3) полная замена всей конструкции:

а) замена дорожной одежды и верхних слоев земляного полотна;

б) замена дорожной одежды.

Первый способ по сравнению с другими требует меньших первоначальных затрат, однако применять его следует, как правило, когда недостаточная прочность дорожной одежды или ровность покрытия связаны с частичной потерей прочности материалов и слоев покрытия и коэффициент запаса прочности К_пр>0,80.

Наиболее экономичной технологией ремонта асфальтобетонных покрытий является технология, основанная на принципах регенерации (восстановления утраченных свойств). К этому типу технологий относятся способы 1в и 1г, в соответствии с которыми регенерацию выполняют на месте проведения работ или на базе по выпуску асфальтобетонных смесей.

Способ, основанный на улучшении свойств существующего покрытия или замене асфальтобетонных слоев с сохранением основания (2а, 2б, 2в) применяют в случаях, когда на существующем покрытии имеется большое количество разрушений в виде сетки трещин, выбоин и проломов, связанных со значительной потерей несущей способности конструкции (0,80>К_пр>0,7). Кроме того, этот способ целесообразно применять в тех местах, где нельзя увеличивать толщину дорожной одежды. Для обеспечения требуемой несущей способности конструкции при минимальных затратах следует применять армирующие прослойки из специальных сеток.

Замена всей дорожной одежды, а также верхних слоев земляного полотна необходима, как правило, при низкой несущей способности существующей конструкции (К_пр<0,7), обусловленной переувлажнением земляного полотна и неукрепленных слоев оснований. Этот способ (3а, 3б) применяют в крайних случаях, когда не удается устранить источники увлажнения без снятия дорожной одежды, когда дорожная одежда полностью разрушена и ее использование неэффективно или увеличение толщины конструкции нецелесообразно.

В неблагоприятных природно-климатических условиях, когда основное увлажнение происходит от уровня грунтовых вод, в отдельных случаях целесообразно старую конструкцию оставить в теле насыпи, что будет способствовать улучшению водно-теплового режима верхних слоев земляного полотна и дорожной одежды. На основе технико-экономического сравнения сопоставляют этот вариант с разбором старой одежды, и после переработки с использованием в новой конструкции.

Армирующие прослойки, которые устраивают из сеток и геотекстильных материалов, следует применять в тех случаях, когда необходимо снизить напряжения в нижележащих слоях дорожной одежды или земляном полотне. За счет устройства армирующих прослоек толщина слоев усиления может быть уменьшена на 10-25%.

Трещинопрерывающие прослойки необходимо предусматривать с целью предупреждения проникания трещин, которые имеют место на старом асфальтобетонном покрытии, на поверхность слоев усиления. В качестве трещинопрерывающих прослоек могут быть использованы стекло сетки, органоминеральные композиции с добавками полимерных материалов.

При проектировании слоев усиления дорожной одежды по результатам обследования могут возникнуть следующие случаи:

– по результатам оценки прочности дорожной одежды коэффициент прочности (К_пр) меньше нормативного;

– коэффициент прочности дорожной одежды, вычисленный по зависимости (14.22), больше или равен требуемым значениям, однако на покрытии имеют место разрушения, обусловленные недостаточной долговечностью и низким качеством материалов отдельных слоев;

– отсутствуют данные о прогибах существующей дорожной одежды, покрытие подвержено разрушениям, связанным с недостаточной несущей способностью дорожной конструкции.

В первом случае расчет толщины усиления ведут по величине измеренного упругого прогиба, рассматривая дорожную одежду как линейно деформируемую систему. Для этого устанавливают расчетную суточную интенсивность на полосу движения, а по графику (см. рис. 14.7) находят требуемый модуль упругости конструкции. Затем вычисляют фактический модуль упругости конструкции Е_ф, МПа

, (14.23)

где Q_к – нагрузка на колесо применяемого для испытаний автомобиля, кН; l_р – расчетный упругий прогиб конструкции, определяемый по результатам фактических измерений.

Расчет мощности слоя усиления производят по номограмме (см. рис. 14.8). Назначают модули упругости слоев усиления E₁, затем рассчитывают соотношение Е_ф/E₁ на оси ординат и проводят горизонталь до пересечения с наклонной линией, характеризуемой соотношением E_тp/E₁. Из точки пересечения опускают вертикаль до пересечения с осью абсцисс и находят отношение h/D. Приняв расчетный диаметр в соответствии с таблицей 14.1, определяют толщину слоя усиления.

Если по расчету необходимо устройство однослойного покрытия и толщина слоя усиления, полученная расчетом меньше половины минимально допустимых толщин, то достаточно провести после ямочного ремонта поверхностную обработку существующего покрытия. При толщине слоя усиления, полученного с использованием номограммы (см. рис.14.8), больше половины указанных толщин, необходимо принять толщину слоя усиления равной минимальным величинам.

В случае, когда коэффициент прочности дорожной одежды больше или равен нормативным значениям, однако на покрытии имеют место разрушения, обусловленные недостаточной долговечностью и низкими свойствами материалов отдельных слоев дорожной одежды, необходимо, прежде всего, выяснить причины разрушений и установить какие материалы или их свойства не удовлетворяют требованиям. Затем принимают решения о том, следует ли полностью заменить нарушающий работу конструкции слой, улучшить его свойства или оставить этот слой без изменений, но усилить дорожную одежду таким образом, чтобы уменьшить напряжения в ослабленном конструктивном элементе. Толщина вновь укладываемого слоя должна быть не меньше, чем толщина слоя с неудовлетворительными свойствами, нуждающегося в замене.

Если нет достоверных данных о прогибах существующей одежды, то допускается проектировать слои усиления на основе материалов обследования дороги, содержащих результаты измерения толщин всех конструктивных слоев одежды, характеристику их состояния и качества, сведения о виде грунта земляного полотна и об условиях его увлажнения.

В этом случае толщины слоев усиления одежды следует назначать на основе расчета по упругому прогибу всей конструкции, сопротивлению растяжению при изгибе слоев старой и новой частей дорожной одежды.