5.5. Двойные слои щма
Все мы прекрасно понимаем, что долговечность и состояние дорожного покрытия зависят не столько от материала и толщины его верхнего слоя, сколько от правильно рассчитанной конструкции дорожного полотна, способной сопротивляться реальным транспортным нагрузкам.
К сожалению, довольно часто ремонт или восстановление дорожного полотна сводится к фрезерованию старого и укладке нового верхнего слоя, при этом абсолютно не обращается внимание на то, что сама конструкция дорожной одежды уже давно не соответствует фактическому уровню нагружения.
Известно, что величина деформации от приложенной нагрузки уменьшается по толщине покрытия, но на глубине 10-12 см от поверхности она меняется незначительно (рис. 62).
Рис. 62. Эпюры напряжения и относительной деформации
Из рис. 62 видно, что независимо от характеристик верхнего слоя появление колеи неизбежно, если нижний слой по своим прочностным свойствам не соответствует прилагаемой нагрузке и необратимо деформируется. Чтобы избежать подобных дефектов и дальнейшего разрушения дорожного покрытия, на высоконагруженных трассах с интенсивным автомобильным движением при наличии нижних слоев с низкой несущей способностью имеет смысл укладывать два слоя из ЩМА.
Как правило, нижний слой выполняется из ЩМА-20 толщиной 6 - 8 см, а верхний из ЩМА-15 или ЩМА-10 толщиной 3 - 4 см.
Принципиальное отличие требований к применяемому в нижнем слое щебеночно-мастичному асфальтобетону заключается в использовании несколько меньшего количества битумного вяжущего и большей величины остаточной пористости. Делается это из чисто экономических соображений.
Как один из первых примеров укладки двухслойного ЩМА можно рассмотреть автобан А8 в Германии, в районе г. Штутгарт. Там в 1993 г. при реконструкции дорожного полотна была построена следующая конструкция (рис. 63).
Рис. 63. Строение дорожной одежды при реконструкции автобана А8
Необходимость в данной конструкции возникла при замене цементобетонного покрытия в связи с опасением, что применение стандартной нежесткой дорожной одежды может привести к возникновению пластичной колеи из-за высоких транспортных нагрузок (более 80 тыс. автомобилей в сутки на 1991 г.). На момент обследования данный участок находился в прекрасном состоянии без каких-либо намеков на появление колеи.
Состав ЩМАС в нижнем слое покрытия включал:
Щебень – 73 %;
Отсев – 18 %;
МП – 9 %;
Вяжущее (ПБВ 45А) - 5,3 %;
Волокна («Виатоп 66») - 0,45 %.
Остаточная пористость образцов ЩМА 0/16, уплотненных по методу Маршалла 50 ударами трамбовки, составляла 4,6 %.
Кривая распределения гранулометрического состава смеси представлена на рисунке 64.
Рис. 64. Кривая распределения гранулометрического состава ЩМА 0/16
для нижнего слоя на автобане А8 (Германия)
В городских условиях очень часто возникает необходимость в устройстве дорожных покрытий из ЩМАС с разными спецификациями по слоям для обеспечения различных функциональных и структурных условий движения транспорта по полосам движения.
В табл. 29 сведены основные типы и возможные места применения двойных слоев ЩМА.
Таблица 29. Типы двойных слоев ЩМА
Типы покрытий ЩМА |
Характеристики |
Двойной вертикальный слой |
Два слоя, один над другим, каждый со своими свойствами. Для комбинированной структуры покрытия, перекрестки, пересечения и т.д. |
Две горизонтальные полосы |
Две полосы, уложенные рядом, с различными свойствами. Для полос с разной транспортной нагрузкой. |
Двойной перевернутый вертикальный слой |
Крупный ЩМА, уложенный поверх мелкого ЩМА. Жесткое покрытие для высокой транспортной нагрузки. |
Рассмотрим данные типы покрытий ЩМА с точки зрения их применения на городских улицах и магистралях.
Двойной вертикальный слой, пример конструкции покрытия представлен на рис. 65.
Рис. 65. Конструкция «двойной вертикальный слой»
Покрытие применяется на полосах с очень тяжелой транспортной нагрузкой, в местах остановок общественного транспорта и на перекрестках. На улицах с менее тяжелой транспортной нагрузкой допускается устройство двух слоев из ЩМА-10 толщиной 30 мм каждый.
Конструкция дорожного покрытия с двумя различными горизонтальными полосами приведена на рис. 66.
Рис. 66. Конструкция «две горизонтальные полосы»
Данная конструкция покрытия применяется на улицах с небольшой транспортной нагрузкой, имеющих несколько полос для движения в одном направлении, причем движение общественного или тяжелого транспорта осуществляется по правой полосе (рис. 67).
Рис. 67. Улица с горизонтальными полосами из различных ЩМА
Пример конструкции дорожного покрытия из ЩМА в виде «двойной вертикальный перевернутый слой» показан на рис. 68.
Рис. 68. Конструкция «двойной вертикальный перевернутый слой»
Данную конструкцию рекомендуется применять в качестве жесткого покрытия на улицах с тяжелой транспортной нагрузкой и на площадках для разгрузки транспорта.
На рис. 69 показано двухслойное покрытие, где внизу уложен ЩМА-15, а наверху ЩМА-20. Эти слои укладывались в 2005 г. в городе Буэнос-Айрес (Аргентина) на улице Хуерго-Мадеро, ведущей от морского порта.
Рис. 69. Вид покрытия на улице Хуерго-Мадеро (Аргентина)
Транспортная нагрузка на покрытие характеризуется интенсивностью движения более 15 тысяч тяжелых грузовиков с морскими контейнерами в сутки. Этим и было предопределено применение двухслойного щебеночно-мастичного асфальтобетона на улице Хуерго-Мадеро.
Все вышеизложенное позволяет сделать следующие выводы:
Существует два вида двухслойного покрытия ЩМА: горизонтальный и вертикальный.
Горизонтальное двухслойное покрытие из ЩМА было разработано с целью адаптации конструкции дорожного покрытия к различным условиям нагружения по полосам движения.
Вертикальное двухслойное покрытие из ЩМА было разработано с целью повышения сопротивляемости дорожной одежды возросшим деформациям и возможности адаптации дорожного полотна к увеличившимся нагрузкам за счет реконструкции только верхних слоев.
Двухслойное покрытие из ЩМА позволяет одновременно повысить несущую способность дорожной одежды и эксплуатационные свойства покрытия за счет оптимизированного подхода к конструированию дорожного полотна.
6