5.9 Внедрение современных методов ремонта дорожных конструкций в брянской области

Мевлидинов З.А., Мевлидинов М.З, Квасова Д.А. (БГИТА, г. Брянск, РФ)

Приведен анализ многочисленных экспериментально-теоретических ис-следований по установлению причин снижения транспортно-эксплуата-ционных качеств дорожных одежд улиц и дорог Брянска и Брянской области, обоснована необходимость внедрения современных методов их ремонта.

The analysis of numerous experimental and theoretical research on the causes of declining freight performance road pavement of streets and roads of Bryansk, Bryansk oblast, and the necessity of the introduction of modern methods of repair.

Автомобильные дороги занимают важное место в развитии экономики любой страны. С середины 20 века наибольшее распространение на автомо­бильных дорогах получили асфальтобетонные покрытия. Асфальтобетоном называется искусственный строительный материал, полученный в результате уплотнения специально приготовленной и рационально подобранной смеси щебня, песка, минерального порошка и битума.

В условиях современного скоростного интенсивного движения асфальтобетонные покрытия подвергаются многоцикличному воздействию транспортных средств, которое имеет динамический характер и является одним из основных факторов снижения транспортно-эксплуатационного состояния дорожных покрытий, их разрушения. Известно, что разрушение асфальтобетона под действием многократных нагрузок обусловлено процессами усталости, т.е. образованием и накоплением микродефектов с постепенным снижением прочности во времени.

Появление дефектов на покрытиях автомобильных дорог ухудшает их ровность, снижает скорость и комфортность движения, приводит к увеличению затрат на эксплуатацию автомобильных дорог и автомобилей, а самое главное, снижает безопасность дорожного движения.

Анализ проведенных многочисленных экспериментально-теоретических исследований показал, что интенсивное образование за последние годы деформаций и разрушений асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог Брянской области связано с существенными изменениями условий их работы. Количественно и качественно изменился состав транспортного потока, увеличилась интенсивность движения, возросли нагрузки на ось грузовых транспортных средств и динамические характеристики легковых и грузовых автомобилей массового выпуска, в том числе их максимальные скорости движения. Заметно увеличилась доля малотоннажных грузовых автомобилей, а также тяжелых многоосных грузовых транспортных средств и комфортабельных туристических автобусов. Многоосные грузовые автомобили имеют повышенные, относительно нормативных, нагрузки на ось, достигающие 12 т. Возросла доля внедорожных автомобилей, осевая нагрузка которых превышает нагрузку от легковых транспортных средств. В составе транспортного потока увеличивается доля автомобилей зарубежного производства, имеющих высокие динамические характеристики.

Одной из причин накопления разрушений и деформаций на асфальтобетонных покрытиях автомобильных дорог является недостаток финансовых средств, выделяемых на эксплуатацию дорожной сети. В результате этого увеличиваются потери, вызванные снижением средней скорости движения транспортных потоков, повышением себестоимости автомобильных перевозок, ростом затрат на обеспечение сохранности автомобильных дорог, потерь от загрязнения окружающей среды и от ДТП.

Без проведения ежегодных планово-предупредительных ремонтных работ асфальтобетонных покрытий дорог в полном их объеме накапливаются дефор­мации и разрушения на их поверхности. Из-за недостаточного финансирования работ по ремонту автомобильных дорог подрядные и эксплуатирующие органи­зации применяют недоброкачественные материалы, что отрицательно влияет на срок службы дорожных конструкций в целом и на долговечность асфальтобе­тонных покрытий автомобильных дорог в частности.

Существенное влияние на появление пластических деформаций оказывает способность асфальтобетона, как упруго-вязко-пластичного материала, при нагревании-охлаждении изменять свои деформативные свойства, из хрупкого состояния переходить в пластичное. Деформативная устойчивость асфальтобетонных покрытий при этом в значительной мере зависит от температуры и продолжительности воздействия нагрузки. В жаркие периоды времени года, когда температура асфальтобетонных покрытий достигает высоких пределов, происходит снижение вязкости асфальтобетона, вследствие многократного приложения нагрузок от транспортных средств происходит накопление остаточных деформаций, в ряде случаев сопровождающееся выпиранием материала покрытия вдоль полос наката.

Опыт эксплуатации автомобильных дорог показывает, что наиболее распространенными разрушениями асфальтобетонных покрытий являются трещины, выбоины, местное выкрашивание, а деформациями - колееобразование.

Распространенным недостатком как федеральных, так и областных автомобильных дорог стало интенсивное колееобразование на грузонапряженных, крайних правых полосах дорог, предназначенных для движения грузовых транспортных средств.

Данные состояния городских улиц и дорог показывают, что кроме де­формаций и разрушений асфальтобетонных покрытий, характерных для авто­мобильных дорог общего пользования, имеют место повреждения, вызванные условиями эксплуатации дорог в городских условиях.

Характерной особенностью городского движения является необходи­мость частых остановок транспортных средств перед светофорами, на пере­крестках и железнодорожных переездах.

Вследствие разгона и торможения автомобилей на этих участках нередко имеют место сдвиговые деформации на асфальтобетонных покрытиях в виде волн и гребенок. Эти деформации образуются в результате совместного воздей­ствия горизонтальных и вертикальных сил от колес автомобилей, которые зави­сят от величины скорости движения перед началом торможения, интенсивности торможения и значения продольного уклона участка автомобильной дороги.

Опыт эксплуатации городских дорог показывает также, что одной из ос­новных причин деформирования и разрушения асфальтобетонных покрытий является наличие в транспортном потоке значительного количества маршрут­ных пассажирских транспортных средств с большим удельным давлением от колеса на покрытие (троллейбусов, автобусов и т.д.).

Осевая нагрузка от указанных маршрутных транспортных средств явно превышает нормативную нагрузку, автомобили развивают высокие ускорения при движении и создают отрицательные ускорения при торможении.

В результате такого чередующегося и неравномерного режима воздействия на покрытия в одних и тех же местах приложения нагрузок асфальтобетонные покрытия улиц и дорог быстро приобретают пластические деформации в виде колееобразования и локальных сдвигов, даже при относительно небольшой повторяемости приложения нагрузок.

Основными грузонапряженными магистралями в г.Брянске, на которых наблюдаются данные разрушения вследствие большого количества автотранспорта с различными осевыми нагрузками являются: проспекты Московский, Ленина и Станке Димитрова, улицы Красноармейская, Калинина, Ульянова, Бежицкая и Литейная.

Другой причиной образования пластических деформаций в виде колей, сдвигов, наплывов и волн в этих местах являются недостаточная вязкость и сдвигоустойчивость асфальтобетона.

В конкретных условиях эксплуатации автомобильных дорог появление деформаций и разрушений на асфальтобетонных покрытиях во многом опреде­ляется усталостью материалов конструктивных слоев, величиной прочности дорожной одежды в целом и сдвигоустойчивостью не только слоев покрытия, но и нижележащих конструктивных слоев дорожной одежды.

На процесс образования колей на дорожных покрытиях оказывает значительное влияние износ (истирание) покрытия из-за интенсивного воздействия на него колес автомобилей с шипованной резиной в зимнее время года.

Как показывает анализ отечественного и зарубежного опыта эксплуатации автомобильных дорог, значительное влияние на процесс образования деформаций и разрушений асфальтобетонных покрытий и на интенсивность их развития оказывают нарушения требований эксплуатационного содержания покрытий и несвоевременный их ремонт.

Низкое качество производства работ при устройстве асфальтобетонных слоев, а также применение при ремонте недоброкачественных материалов вли­яют на процесс появления и интенсивного развития разрушений и деформаций покрытий автомобильных дорог.

Например, отсутствие качественного уплотнения асфальтобетонной смеси при проведении ремонтных работ приводит к ее доуплотнению в период эксплуатации покрытия в местах полос наката, что влечет за собой преждевременное появление колей.

Технологии и материалы, используемые в настоящее время для ремонта асфальтобетонных покрытий, малоэффективны из-за относительно незначительного срока службы отремонтированных покрытий дорог.

В настоящее время существуют различные способы устранения деформаций и разрушений асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог. Для их ремонта применяют ремонтные материалы, в качестве вяжущего для которых используются битумы и органические вяжущие на их основе. Для ремонта применяют горячие, холодные, литые и щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси, щебеночные и гравийные материалы, обработанные органическим вяжущим, влажные органоминеральные смеси и другие материалы.

К преимуществам ремонта с применением этих материалов можно отнести:

- возможность открытия движения сразу после проведения ремонтных работ;

- небольшая трудоемкость ремонтных работ;

- простота технологии.

К недостаткам существующих в настоящее время технологий ремонта асфальтобетонных покрытий относят:

- малый фактический межремонтный срок службы отремонтированных покрытий;

- низкую прочность и трещиностойкость ремонтных слоев;

- склонность отремонтированных покрытий к появлению пластических деформаций и разрушений;

- недостаточную сдвигоустойчивость в жаркие периоды года и др.

Используемые технологии ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог не обеспечивают работу дорожных одежд на длительный период времени. В результате вышеизложенного следует отметить низкую эффективность эксплуатации автомобильных дорог с асфальтобетонными покрытиями на участках с интенсивным движением транспортных средств с осевыми нагрузками, превышающими расчетные. Так например, при ремонте проспекта Московского в Фокинском районе г.Брянска в 2011 году был применен метод фрезерования асфальтобетонного покрытия для ликвидации колейности и других поверхностных деформаций и разрушений. После снятия верхнего слоя покрытия производилась укладка двухслойного асфальтобетонного покрытия: нижний слой из пористой и верхний слой из плотной асфальтобетонной смеси. Однако, данный метод ремонта не может обеспечить требуемые транспортно-эксплуатационные показатели на длительный срок, так как изначально покрытие имело колейность и большое количество поперечных и продольных трещин, которые отразятся и в новом покрытии.

Возникновение этих разрушений будет связано с:

- недостаточной прочностью, (из-за малой толщины) деформативной способностью покрытия и малой сопротивляемостью его напряжениям, возникающим от изменения температуры и многократного воздействия нагрузок;

- недостаточной прочностью нижележащих слоев дорожной одежды и земляного полотна, которые были запроектированы под другие нагрузки;

- неравномерностью уплотнения земляного полотна и нижележащих слоев дорожной одежды.

В результате чего в скором периоде в течение 2-3 лет будут наблюдаться локальные разрушения нового покрытия.

Еще одним примером неэффективности традиционных методов ремонта автомобильных дорог может служить капитальный ремонт федеральной автомобильной дороги M13 на участке км 13+700 - км 29+730. В результате чего после первой зимы на покрытии появились значительные выбоины и отраженные трещины.

Решение вышеизложенных проблем может быть связано с использованием новейших ремонтных материалов и эффективных технологий ремонта дорожных покрытий, обеспечивающих повышенные прочностные характеристики дорожных покрытий, высокие межремонтные сроки службы и их стабильные транспортно-эксплуатационные показатели.

Одним из наиболее перспективных является направление в области со­здания современных сдвигоустойчивых материалов в покрытии с высоким со­противлением истиранию и образованию пластических деформаций при высо­кой температуре воздуха. При этом широкое применение могут найти техноло­гии армирования асфальтобетонных покрытий дисперсно-армирующими до­бавками, геосинтетическими материалами и др.

Достаточно широкое распространение в повышении работоспособности дорожных конструкций получили геосинтетические материалы, по-другому это называется "армирование автомобильных дорог".

Область применения геосинтетиков очень широка, а использование – эффективно. Геосинтетические материалы в Европе применяются уже несколько десятилетий, совершив практически революцию в дорожном, гражданском и специальном строительстве. Экономическая эффективность и широкая область применения геосинтетиков, в т.ч. в областях, где они практически незаменимы, позволяют говорить о них как весьма перспективных материалах.

Использование геосинтетики в дорожном строительстве уже имеет свою историю, хотя и не очень продолжительную. За рубежом геосинтетику в виде геотекстилей применяют с конца 60-х годов.

Производство этих материалов в мире развивалось стремительно, и в настоящее время на мировом рынке предлагается большое количество различных видов геотекстилей, геосеток, георешеток и геосот, геонитей, а также геоплит, используемых в качестве термоизоляторов. Все они различаются по своему назначению, составу исходного сырья, технологии получения, расходу полимера, физико-механическим характеристикам, ширине полотен и т.п. В частности, геотекстиль (нетканые полотна иглопробивного или клеевого способа производства) изготавливают из синтетических волокон: полиэфир (лавсан), полипропилен, полиамид (капрон); геосетки - из полиэфирных или полипропиленовых нитей повышенной прочности, стеклоровингов; геоплиты - на основе полистирола.

Актуальность внедрения инновационных технологий в дорожном строительстве на территории области сегодня очевидна и бесспорна. Это и континентальный характер климата с перепадом температур, и само состояние дорог, большинство из которых было построено 20-30 лет назад и рассчитано на более низкие нагрузки и интенсивность движения. Проблема повышения сдвигоустойчивости и трещиностойкости, а, следовательно, долговечности асфальтобетонных покрытий является особенно актуальной при все возрастающей интенсивности движения и наметившейся тенденции роста осевых нагрузок на автомобильных дорогах и городских улицах.

Условия рыночной экономики и экономической самостоятельности заставляют считать деньги и строителей.

Применение геосинтетических материалов в дорожном строительстве дает ряд существенных преимуществ.

К ним относятся:

- увеличение прочности на разрыв и удлинение, гибкости.

- уменьшение расходование природных ресурсов;

- упрощение технологии строительства;

- улучшение условий выполнения и качества строительных работ;

- сокращение сроков строительства;

- увеличение в 2-3 раза межремонтных сроков эксплуатации автомобиль-ных дорог;

-снижение на 20-35% толщины рабочего слоя за счет увеличения несущей способности насыпи;

-снижение эксплуатационных затрат на содержание и ремонт асфальтобетонных покрытий;

-повышение надежности эксплуатации дорожных покрытий и увеличении сроков их службы.

Дополнительными преимуществами использования геосинтетических материалов является удобство в транспортировке и хранении, простота при укладке (без применения специального оборудования), низкая себестоимость и рентабельность. Сведенное до минимума вмешательство в окружающую среду делает геоматериалы экологически безопасными и эффективными, что в наши дни является необходимым качеством и достоинством строительных материалов.

Несомненно, сегодняшнее строительство невозможно представить без этих долговечных и легких материалов, которые доказывают свой высокий потенциал.

Примером внедрения инновационных технологий, и в частности геосинтетических материалов, может служить капитальный ремонт Проспекта Ленина в г.Брянске в 2010 году. При ремонте были применены геосетки для армирования асфальтобетонного покрытия. В результате спустя 2,5 года никаких либо заметных деформаций и трещин мы не наблюдаем, которые были до ремонта на поверхности существующего покрытия.

Ремонт данной дороги можно считать как эффективный вклад средств в эксплуатацию дорог г. Брянска.

Литература

1 Илиополов С.К., Углова Е.В. «Долговечность асфальтобетонных покрытий в условиях роста динамического воздействия транспортных средств». – М, Федеральное дорожное агентство Министерства транспорта РФ, 2007г.

2 Котлярский Э.В., Воейко О.А. «Долговечность дорожных асфальтобетонных покрытий и факторы, способствующие разрушению структуры асфальтобетона в процессе эксплуатации». – М.,2007г.

3 Методические рекомендации по восстановлению асфальтобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог способами холодной регенерации. – М.: ГП «Информавтодор», 2002 – 26 с.

4 Сильянов В.В., Домке Э.Р. Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог и городских улиц. – М.: «Академия», 2008. – 352 с.

5 Справочная энциклопедия дорожника. Т. II. Ремонт и содержание автомобильных дорог. Под ред. проф. А.П. Васильева. – М., 2004.