Конструкции покрытий дорожных покрытий: «Типовые конструкции дорожных одежд городских дорог» |

Содержание

Проектирование и строительство вечной дорожной одежды с использованием вещества, повышающего динамическую прочность в слое основания, на скоростной автомагистрали S8 в Польше

В рамках реализации проекта реконструкции скоростной автомагистрали S8 при подходе к Варшаве по условиям контракта “проектирование и строительство” подрядчиком было принято решение о проектировании альтернативной конструкции дорожной одежды, основанной на принципе проектирования «вечного покрытия» с использованием вещества, повышающего динамическую прочность в слое основания. Строительство началось в 2014 году. Авторы представили проектные предложения и методологию, основанную на французском методе проектирования, а также краткий анализ результатов лабораторных испытаний различных вариантов асфальтобетонных смесей для дорожного покрытия с высокой динамической прочностью верхнего слоя основания, высокими модулями упругости верхнего и нижнего слоёв дорожного покрытия. Дорожная одежда спроектирована с учётом расчётного срока эксплуатации 50 лет без необходимости выполнения ремонта, за исключением стандартных работ по восстановлению верхнего слоя износа . Для обоснования преимуществ предлагаемых решений перед традиционными, государственному Инвестору был представлен анализ стоимости жизненного цикла предложенной конструкции в течение расчётного срока их эксплуатации.

Источник: E&E Congress 2016 | 6th Eurasphalt & Eurobitume Congress | 1-3 June 2016 | Prague, Czech Republic

1. Введение

Из литературных источников давно известна идея проектирования «вечной дорожной одежды» с верхним анти-усталостным слоем основания (например, Newcomb and all, 2000). Тем не менее, применение этих принципов в строительной практике все ещё носит случайный (точнее эпизодический) характер. Принцип работы таких дорожных конструкций показан на рис. 1. Термин «вечное покрытие» применим к дорожным одеждам, которые кроме восстановления слоя износа не потребуют ремонта в течение как минимум 50-ти лет эксплуатации. Для этого следует создать конструкцию с высоким сопротивлением растягивающим напряжениям в основание связанных слоёв дорожной одежды, т. е. так называемый слой сопротивления усталостным деформациям. Это минимизирует риск развития усталостного растрескивания в основании покрытия, которое является одной из основных причин его разрушения. Далее следует спроектировать верхний слой дорожного покрытия (зона высокого давления/ сжатия и усилий сдвига) с высоким сопротивлением деформациям и устойчивостью к низкотемпературному растрескиванию. Это позволит свести к минимуму колеобразование и риск растрескивания покрытий под воздействием низких температур зимнего периода.

В Польше первое «вечное асфальтовое покрытие» по концепции a/m idea спроектировали специалисты концерна STRABAG. В 2014- 2015 году Главное управление по делам национальных дорог и магистралей Польши (GDDKiA) при инспекционном контроле специалистами ECM Group реализовало этот проект на участке протяжённостью 12,4 км скоростной автомагистрали S8 между городами Opacz и Paszków.

2. Краткая история первого «вечного покрытия» в Польше

2. 1 Результаты испытания на симуляторе тяжёлых осевых нагрузок

В 2008 году в г. Pruszków (пригород Варшавы) Польским научно-исследовательским институтом дорог и мостов (IBDiM) в рамках проекта SPENS (Sustainable Pavements for European New Member States, реализуемого для соблюдения экологических требований и норм дорожных покрытия в странах-новых членов ЕС) создан испытательный полигон, где с помощью симулятора высоких осевых нагрузок (Heavy Vehicle Simulator) Шведского научно-исследовательского института автомобильных дорог и транспорта (VTI), стали проводится ускоренные испытания различных типов дорожных покрытий (см. Рисунок 2). Концерн Strabag представил для испытаний 4 типа дорожных покрытий, с установленными в них датчиками деформации и напряжения. Основная цель этой программы заключалась в подтверждении преимуществ использования асфальтобетонных с высоким модулем жёсткости (далее AC WMS — польская аббревиатура по стандарту WT-2 2014). Асфальтобетонные смеси типа AC WMS экспериментально использовались на сети автомобильных дорог Польши с 2004 года. Сначала в качестве подстилающего нижнего слоя, а затем и в качестве промежуточного (верхнего) слоя нежёстких асфальтобетонных покрытий. Высокий модуль жёсткости (согласно п. 8.2.4. стандарта WT-2 2014 для марок AC WMS 16 / 22 W 20/30 средний показатель жёсткости смеси должен быть более 14.000 МПа (точнее 11 000 ÷17 000 МПа) при нагружении в четырёх точках (4PB-PR) при 10 ºC и частоте 10 Гц, по PN-EN 12697-26 ) должен был быть достигнут, главным образом, за счёт использования более твёрдого, чем обычно битума марки 20/30 по пенетрации (температура хрупкости по Фраасу — не выше — 5 С0). Относительно высокое сопротивление усталостному трещинообразованию. Этой смеси (требуемое усталостное сопротивление ε6 – не менее 130 мкм/м при том же нагружении на четырёх точках опоры (4PB-PR) при 10 ºC и 10 Гц по PN-EN 12697-24) достигается за счёт низкого содержания воздушных пустот (около 4 %) и относительно высокого содержания вяжущего (около 5 %) в смеси.

Было много сомнений относительно риска низкотемпературного растрескивания при применении столь неэластичного и жесткого битума (20/30) в климатических условиях Польши. Максимальный размер зёрен минерального наполнителя смеси AC WMS составил 16 мм. Состав смеси подбирался на основе французского опыты работы с так называемыми смесями с высоким модулем жёсткости EME (на французском языке: enrobé à module élevé), с учётом требований польских национальных стандартов и условий применения. Испытания смесей на жёсткость и усталость проводились по стандартной методике PN-EN 12697-26 сопротивления на изгиб призматических образцов с приложением сосредоточенной нагрузки в четырёх точках (4PB-PR), при температуре 10 ºC и частоте приложения нагрузки 10 Гц. Одно из четырёх протестированных покрытий вышеупомянутой исследовательской программы, а именно секции D, соответствовала концепции «вечной дорожной одежды» за счёт использования основания слоя с высокой прочностью при динамическом нагружении. Однако самый большой инженерный вопрос при проектировании «вечного дорожного покрытия» заключался в том, по какому критерию определить лучший материал (тип асфальтобетонной смеси, гранулометрия, остаточная пористость, марка вяжущего, и т.д.) и какова оптимальная толщина трещино-стойкого слоя основания.

В целях обеспечения высоких показателей устойчивости такого слоя к усталостным деформациям, в этом проекте использовали асфальтобетонные смеси с чётким фракционированием минерального наполнителя и с относительно высоким содержанием полимер-модифицированного битума марки PMB Orbiton DE 80 C с понижающей вязкость добавкой Sasobit.

Результаты ускорительных испытаний методом HVS (рис. 3) показали, что дорожное покрытие с высокомодульным асфальтобетоном в слое основания AC WMS (секция A) дает значительно лучший срок службы при усталостных нагрузках по сравнению с покрытием с традиционным асфальтобетоном в слое основания (секция B). Тем не менее, лучшие показатели стойкости к усталостным деформациям оказались у покрытия со слоем повышенной усталостной прочности (anti-fatigue (AF) в нижней части асфальтобетонного покрытия, с высоким содержанием высокополимерного модифицированного вяжущего. «Вечное покрытия» (секция D) показала более высокий прогиб на поверхности дорожного покрытия, а также деформацию в нижней части слоя асфальта по сравнению с покрытием секции A. Однако усталостные повреждения «вечного покрытия» и накопление под нагрузкой внутренних усталостных напряжений увеличивались очень медленно и оставались практически без изменений. Таким образом, материал в основании покрытия секции D значительно улучшил усталостную долговечность дорожного покрытия.

2.2 Опыт работы с асфальтобетоном с высоким модулем жесткости

За последние 15 лет в практике дорожного строительства Польши было внедрено и применено множество инновационных технологий. Одной из таких технологий было использование покрытий с высоким модулем жёсткости (EME), основанного на французском опыте, и его адаптации к польским условиям, так называемый асфальтобетон с высоким модулем жёсткости марки AC WMS. В 2004 был построен первый участок автомагистрали со слоем основания AC WMS с битумом 20/30. За период с 2008 по 2011 год с таким типом покрытий было спроектировано и построено большое количество участков на скоростных дорогах и автомагистралях Польши, где в качестве подстилающего слоя применяли смесь AC WMS с битумом 20/30 либо ПБВ марки 25/55-60. Однако во время холодной зимы 2012, произошло массовое низко-температурное растрескивание покрытий этих участков (рис. 4) в виде поперечных трещин, преимущественно в зоне рабочих стыков, а местами и между ними. Большая часть растрескавшегося дорожного покрытия была спроектирована и построена с использованием битума марки 20/30 без укладки слоя износа. В результате, весь процесс внедрения этого типа смесей пришлось пересмотреть, и в настоящее время для таких покрытий разрешено использовать только полимер-битумные вяжущие (ПБВ). Однако в некоторых «тёплых» частях Польши все ещё разрешено использовать битумы 20/30, но с повышенными требованиями. Таким образом, качество вяжущего играет наиболее важную роль в обеспечения долговечности покрытий с высокими модулями жёсткости.

2.3 Лабораторные испытания

Для поиска оптимального проектного решения долговечных нежёстких дорожных одежд с высоким модулем жёсткости для климатических условий Польши в период 2012 – 2013 гг лаборатория компании TPA на испытательном полигоне в Pruszków выполнила обширную программу тестирования дорожных покрытий для оценки функциональных свойств асфальтобетонных смесей, изготовленных с использованием различных доступных вяжущих материалов. Среди прочего, было подтверждено, что использование наиболее доступного на польском рынке битума марки 20/30, весьма рискованно и только применение полимер-модифицированных вяжущих может обеспечить достаточную трещиностойкость покрытий. Кроме того, сопоставительный анализ результатов различных сочетаний материалов и толщин слоёв дорожного покрытия, показал, что применение более жёсткого материала в верхнем слое асфальтобетонного покрытия (слой износа на битуме 23/30) и более гибкого материала в нижней части слоёв асфальтобетонных покрытий (на ПБВ) обеспечивает самый высокий расчётный срок службы дорожного покрытия. Основной вывод анализа результатов выполненных испытаний заключался в том, что для достижения максимально длительного срока жизни дорожного покрытия, асфальтобетонные смеси в нижней части дорожного покрытия должны быть более гибкими и более устойчивыми к усталостным деформациям, как слой основания. Это фактически подтвердило и идею вечного асфальтового покрытия со слоем повышенной трещиностойкостью у основания. Замена нижней части асфальтобетонного основания с высоким модулем жёсткости на смесь с более высокой усталостной прочностью, не обязательно жёсткой, приводит к улучшению усталостной долговечности дорожного покрытия.

3. Проектирование дорожного покрытия для скоростной автомагистрали S8

Одним из наиболее загруженных участков автодорог Польши является южный подход к Варшаве, объединяющей потоки от двух больших городов (Краков и Вроцлав). Интенсивность движения здесь составляет около 100.000 автомобилей в сутки. На участке S8 Opacz-Paszków общей протяжённостью 12,4 км это направление пришлось реконструировать и строить несколько новых скоростных полос движения. Главное управление по делам национальных дорог и магистралей Польши (GDDKiA), проводящее тендерные торги по проекту реконструкции этой скоростной автомагистрали на условиях контракта “Проектирование и строительство», предоставило подрядчику возможность в рамках этапа “Оптимизация стоимости”, рассмотреть альтернативные варианты проектных технических решений и реализовать первый проект строительства с устройством «вечного асфальтобетонного покрытия» с устройством слоя, повышающего динамическую прочность конструкции. Процесс проектирования начался в 2013 году. Процесс согласования изменения конструкции дорожного покрытия занял не один год. В общей сложности на выполнения контракта строительства ушло два года.

3.1 Проектные решения и материалы для конкретных элементов конструкции

Первоначальным преложением заказчика  для проектирования дорожного покрытия по проекту S8 Opacz-Paszkow была традиционная конструкция нежесткой дорожной одежды с общей толщиной связанных слоев асфальтобетона 31 см, слоем износа из ЩМА на верхней части покрытия, устроенного на крупно-щебенистом основание из несвязанных материалов, с размером щебня 20 см в нижнем слое. Эта структура была рассчитана как минимальный срок эксплуатации  на 20 лет, с эксплуатационным ресурсом  31,7 млн. приложений расчётной  осевой нагрузки 100 кН. В качестве альтернативы рассматривался вариант покрытия по  концепции «вечного асфальтобетонного покрытия» со сроком эксплуатации  50 лет и ресурсом 95,0 миллионов приложений расчётной осевой нагрузки 100 кН.

Благодаря своим прочностным свойствам, самым популярным слоем износа в Польше и, вероятно, во всей Европе является щебёночно-мастичный асфальтобетон  (SMA). Литой асфальтобетон  (МА) обладает большей долговечностью, но  не так популярен из-за более высокой стоимости. В связи с этим для проекта выбрали слой износа из  SMA 8 на PMB 45/80-55 толщиной 3 сантиметра. Анализ затрат выполнялся на основе национального опыта эксплуатации подобных покрытий, и предполагал вероятность выполнения  первого ремонта только через 10 лет эксплуатации.

Поскольку подстилающий (или промежуточный) слой  «вечного асфальтобетонного покрытия» должен быть достаточно жёстким,  устойчивым к деформации, обладать хорошей усталостной прочностью и хорошей стойкости к образованию колеи, в качестве проектного решения выбрали  асфальтобетон с высоким модулем жёсткости марки AC WMS 16 на ПБВ   25/55-60. Требования к жёсткости и усталостной прочности этой смеси были описаны выше. Спецификация смеси AC WMS рассчитана на максимальную относительную глубину колеи в 7,5 % при 60 С° и нагружении тяжёлыми колёсными устройствами . Кроме того, на основе национального опыта прошлых лет,  в целях минимизации риска низкотемпературного растрескивания устойчивость подстилающего слоя предложили повысить за счёт  использованием полимер-модифицированного  вяжущего марки   PMB 25/55-60. Результаты испытаний этой марки вяжущего на установке TSRST (Установка для низкотемпературных испытаний)  показали её достаточную для  климатических условий проекта устойчивость к низкотемпературному растрескиванию  (температура хрупкости по Фраасу ниже — 25 ° С). По результатам  расчёта проектной  усталостной долговечности покрытия, оптимальная толщина слоя составила 15 см. Подбор смеси с высокой стойкостью к усталостным деформациям и малой гибкостью  для нижнего слоя покрытия, так называемый анти-усталостный слой, оказался самым важным и сложным решением. Как уже было сказано выше это самая большая инженерная проблема проектирования «вечного покрытия».

3.2. Слой повышенной стойкости к усталостным деформациям  и проектирование конструкции дорожной одежды

Смесь слоя с повышенной стойкости к усталостным деформациям  «вечных асфальтобетонных покрытий»  должна быть долговечной, с высокой прочностью и достаточной эластичностью (не обязательно высокой). Его толщина должна быть адекватной структурной функциональности, например, для надёжного противодействие локальным растягивающим напряжениям нижнего слоя  дорожного покрытия.  Исходя из принципа предельной выносливости (например, Newcomb and all, 2000), необходимо обеспечить максимально возможные деформации растяжения (как следствие разрывных напряжений) на нижней границе подстилающего слоя асфальтобетона на уровне менее 70 мкм/м, но другие источники доказывают, что этот норматив может быть и выше для материалов с лучшими показателями сопротивления усталостным деформациям.

Из литературных источников прошлых лет известно множество примеров применения разнообразных асфальтобетонных смесей для устройства нижних слоёв дорожных покрытий .  Отсюда следует простое решение: необходимо изучить и проанализировать публикации по этому вопросу и найти наилучший пример практического применения. Цель состоит в том, чтобы найти оптимум между долговечностью материала, уровнем качества покрытия и стоимостью. Высококачественные вяжущие должны использоваться для обеспечения долговечности слоя и повышения его устойчивости к усталостным деформациям. Эти вяжущие должны давать обладать высокой устойчивостью к растрескиванию, высокой гидрофобностью и  адгезией.

Для целей своего проекта авторы искали оптимальное решение между технологической реализуемостью и экономической рентабельностью. Обычно выбор смеси выполняется на основе  оптимизации ряда параметров (воздушные пустоты и содержание связующего компонента ), толщины  слоя   (с точки зрения механики и технологических возможностей) и качества вяжущего. Авторами проанализировано множество  вариантов, в том числе литой асфальтобетон , щебёночно-мастичная смесь , мелкозернистый асфальтобетоны с различной максимальной крупностью и плотностью минерального заполнителя. В результате сравнительного анализа для слоя с повышенной усталостной прочности (далее — AF) выбрали смесь горячего плотного асфальтобетона с непрерывной гранулометрией  (далее — АС) и максимальным размером зёрен минерального наполнителя  16 мм, на специальном полимер-модифицированном вяжущем  Polygum 45/55-70, обеспечивающая самую высокую усталостную прочность смеси. Расчётная толщина слоя  составила  8 см, что обеспечивало анти-усталостные свойства слоя путём  компенсации  всех растягивающих напряжений.

На рисунке 5 (ниже) приведены результаты усталостных испытаний смеси типа AC 16 для AF с различными вяжущими. Выдающиеся результаты показало наличие специально модифицированного вяжущего (руководствуясь модификацией с предварительно отобранной битумной смесью) ПМБ Polygum 45/80-70 (далее —  SM), с глубиной пенетрации около 70, КИШ более 80 ºC, и температурой хрупкости менее -20 ºC. Смесь с этим вяжущим показала отличную устойчивость к усталостным нагрузкам по сравнению с другими вяжущими, даже лучше, чем сильно модифицированные вяжущие (на рис.5 обозначены как HM), которые показывают в лабораторных условиях обычно самые высокие результаты.

На рисунке 6 показано сравнение долговечности трёх различных конструкций дорожного покрытия, выбранных для применения на скоростной автомагистрали S8. Отсюда следует, что за счёт улучшения качества вяжущего и смеси, толщина слоёв асфальтобетона может быть уменьшена, а долговечность значительно возрастёт.

В сравнении с традиционными технологиями устройства покрытий на основе битумов марки 35/50 или 50/70, конструкция дорожной одежды с уменьшенным на 5 см верхним слоем покрытия из высокомодульного асфальтобетона AC WMS 16 на ПБВ марки PMB 25 / 55-60 ( с лучшей устойчивостью к низкотемпературному растрескиванию) и укладкой под ним дополнительного слоя толщиной 5 см с улучшенной стойкостью к усталостным деформациям, позволяет на те же 5 см уменьшить общую толщину связанных слоёв и одновременно значительно повысить усталостную прочность дорожного покрытия. Кроме того, вполне очевидно, что замена в нижнем (подстилающем) слое покрытия асфальтобетонной смеси с высоким модулем жёсткости на более упругую смесь (безусловно, с большим не менее чем на половину модулем жёсткости), но с более высокой усталостной прочностью (примерно в два раза выше, чем у верхнего слоя покрытия), приводит к значительному продлению срока службы дорожной одежды, что фактически и обеспечило создание «вечного покрытия» для этого конкретного проекта.

Поскольку критерии усталости оцениваются не только по модулю жёсткости и сопротивлению определённым усталостным деформациям, но должны учитывать и наклон кривой накопления усталости, что очень важно, проектирование дорожного покрытия для этого проекта выполнялось по французской методике с учётом результатов лабораторных испытаний различных материалов. Основные параметры смеси (жёсткость и усталость), используемой в методе проектирования оценивались по результатам испытаний на изгиб трапециевидных балочек образцов асфальтобетона по двухточечной схеме, как принято во Франции. Параллельно, в целях обеспечения качества для последующего строительства в Польше, все смеси были испытаны на изгиб и по четырёхточечной схеме.

На рис. 7 показана конструкция «вечного» асфальтобетонного покрытия с дополнительным слоем с повышенной динамической стойкостью, спроектированная для скоростной автомагистрали S8 в Польше в сравнении с первоначально запланированной стандартной конструкцией дорожного покрытия с крупнозернистой асфальтобетонной смесью.

Результаты сравнительного анализа стоимости жизненного цикла, а также итоги анализа выгод Инвестора, наглядно показали преимущественную доходность инвестиций в «вечное» дорожное покрытие по сравнению с традиционным покрытием. При этом, первая замена слоя износа должна произойти через 10 лет эксплуатации, и далее будет выполняться с той же периодичностью, а первая замена верхнего слоя покрытия толщиной 6 см потребуется только через 35 лет эксплуатации. Анализ затрат и выгод выполнялся в соответствии с рекомендациями Blue Book — Road Infrastructure (очевидно, это «Instructions of assessing the economic effectiveness of road and bridge construction projects» Инструкция по оценке экономической эффективности проектов дорожно-мостового строительства Минрегиона Польши). Общая сумма всех затрат и выгод по проекту была определена количественно и оценена в денежном эквиваленте. На рис. 8 представлена рассчитанная экономическая чистая приведённая стоимость для «вечного» и стандартного покрытий. Разница между стоимостью для обеих структур — это реальная прибыль инвестора, полученная в результате изменения структуры и равна 368 млн PLN (польский злотый, валюта). За счет применения «вечного» асфальтобетонного покрытия на этом участке дороги S8 общая первоначальная стоимость капитальных вложений в строительства увеличилась примерно на 2 %, однако, срок службы покрытия увеличился более чем в два раза.

Выводы:

«Вечные» покрытия, выдерживающие без значительного технического обслуживания и ремонта транспортные нагрузки в течение 50-ти лет, могут быть построены за счёт укладки в основание верхнего слоя покрытия дополнительного слоя с повышенной динамической прочностью достаточной толщины для обеспечения конструктивной функциональности в критической зоне растяжений в основании нижнего слоя дорожного покрытия. Для этого в проекте S8 в Польше был использовано специальное полимерно-модифицированное вяжущее с экстраординарными усталостными свойствами (ε6 более 340 мкм/м при 4PB-PR при 10 ºC и 10Hz). Расчетная толщина такого слоя из горячего плотного асфальтобетона с крупностью щебня 16 мм составила 8 см. Таким образом, было обеспечено экономически эффективное решение. Проектная толщина верхнего слоя покрытия, выполненного из жесткой и колееустойчивой смеси AC WMS 16 с высоким модулем жесткости (14.000 MN. mm-2 на 4PB-PR на 10 ºC и 10 Hz) на стандартном ПБВ марки PMB 25/55-60, составила 15 см. Общая толщина связанных слоев асфальтобетонного покрытия составила 26 см. Предполагается, что регулярно меняться и ремонтироваться будет только слой износа. В анализе стоимости жизненного цикла допускалось, что верхняя часть верхнего слоя покрытия потребует ремонта через 35 лет эксплуатации.

Таким образом установлено, что работоспособность конструкции дорожной одежды, устроенной только на вяжущих и слоях дорожной одежды с высоким модулем жёсткости, могут значительно улучшены за счёт укладки в основании верхнего слоя более гибкой смеси. Однако такая смесь должна обладать очень хорошим усталостным сопротивлением. По мнению авторов, этот результат должен быть примером и конечной целью всех органов управления дорожным хозяйством для дальнейшего применения «вечных покрытий» в целях создания экологически безопасных рассчитанных на долгосрочную перспективу социально-экономического развития и эксплуатацию объектов дорожно-транспортной инфраструктуры.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают благодарность генеральному директорату Главного управления по делам национальных автодорог и магистралей Польши (GDDKiA) за решение применить идею «вечного асфальтового покрытия» в реальном проекте на польской дорожной сети. Кроме того, спасибо правлению компании STRABAG SE за форсирование инновационных решений в области инфраструктуры и поддержку исследований программы, а также техническому университету Варшавы и научно-исследовательскому институту IBDiM за поддержку применения инновационной структуры дорожного покрытия и положительные отзывы, а также всем остальным участникам строительного процесса, которые способствовал реализации проекта.

Перевод: Могильный К.В., Бородин К.С., Курова Е.Д.

Выбор типов конструкций дорожных одежд на мостах с ортотропной плитой проезжей части

Авторы:

Володин Артем Александрович,

Степанец Виктор Георгиевич

Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство

Опубликовано
в

Молодой учёный

№49 (287) декабрь 2019 г.

Дата публикации: 05.12.2019
2019-12-05

Статья просмотрена:

764 раза

Скачать электронную версию

Скачать Часть 3 (pdf)

Библиографическое описание:

Володин, А. А. Выбор типов конструкций дорожных одежд на мостах с ортотропной плитой проезжей части / А. А. Володин, В. Г. Степанец. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 49 (287). — С. 218-222. — URL: https://moluch.ru/archive/287/64785/ (дата обращения: 23.06.2023).

В данной статье рассмотрены проблемы устройства асфальтобетонных покрытий на мостах с ортотропной плитой проезжей части, приведены основные типы конструкций дорожных одежд, применяемые в России, а также проведено сравнение данных конструкций по сроку службы.

Ключевые слова: конструкция дорожной одежды, мост, ортотропная плита проезжей части, асфальтобетонное покрытие.

Срок службы металлической плиты на мосту определяется устройством качественного покрытия (дорожной одежды). В качестве основания для устройства дорожной одежды на мостах используется ортотропная плита проезжей части, которая деформируется под действием колесной нагрузки и оказывает влияние на работу дорожной одежды. Срок службы покрытия должен составлять до 15 лет. Практический срок службы дорожной одежды на отдельных мостах составляет 3–5 лет. Иногда после первого года эксплуатации моста в дорожной одежде появляются продольные трещины. В то же время мировая практика показывает, что срок службы дорожной одежды на больших мостах составляет 15–20 лет.

Причиной такого низкого срока службы является то, что при устройстве покрытий используется асфальтобетон, соответствующий требованиям ГОСТ 9128, аналогичный дорожному.

К дорожной одежде на плите проезжей части предъявляется ряд важных требований, в том числе:

– способность деформироваться, сохраняя структуру;

– шероховатость;

– необходимая жесткость;

– ровность;

– устойчивость к старению.

Дорожная одежда, устраиваемая на ортотропной плите проезжей части, не только воспринимает нагрузку от движущегося транспорта и передает ее на нижележащие конструкции, сопротивляется деформациям и обеспечивает хорошее сцепление колес с покрытием, но также защищает конструкции от поверхностной воды, которая способствует коррозии. В связи с необходимостью обеспечения вышеперечисленных требований, предъявляемых к конструкции дорожной одежды на мостах, устройство однослойных конструкций невозможно, поэтому более эффективным является применение многослойных системы, состоящей из нескольких слоев.

Проблема устройства качественной дорожной одежды, заключается в том, что в качестве привычного основания, выступает металлическая плита проезжей части, которая имеет свои характеристики.

На сегодняшний день применяемые методы расчет конструкций дорожных одежд на мостах не учитывают прочностные и деформативные характеристики современных материалов, работающие как при положительных, так и при отрицательных температурах.

В последнее время в мостостроении находят применение тонкослойные покрытия на основе полимерных смол толщиной 20–25 мм, которые выполняют как гидроизолирующую функцию, так и функцию слоя износа. Достоинством таких покрытий является то, что за счет малой толщины слоя, значительно снижается нагрузка на пролётное строение моста, а, следовательно, происходит уменьшение толщины ортотропной плиты и экономия металла.

Рассмотрим несколько типов конструкций дорожных одежд, которые были применены при устройстве покрытий на мостах в России:

Конструкция дорожной одежды с применением полиуретанового защитно-сцепляющего слоя Romex разработанная в Германии была применена на мосту через реку Москва на автомобильной трассе Москва-Рига. Обследование данного покрытия после годичной эксплуатации показало, что асфальтобетонное покрытие было разрушено.

Рис. 1. Конструкция дорожной одежды с применением полиуретанового защитно-сцепляющего слоя Romex

Конструкция дорожной одежды с применением материалов фирмы «Sikа» была применена на Бережковском мосту в г. Москве. Через 2 года эксплуатации в асфальтобетонном покрытии образовались продольные трещины, это говорит о том, что данная конструкция плохо работает на изгиб, и не может быть применена на мостовых конструкциях.

Рис. 2. Конструкция дорожной одежды с применением эпоксидного компаунда для защитно-сцепляющего слоя + буферный слой Зика

Конструкция покрытия с применением технологий фирмы Лемминкляйнен показала очень хороший результат. В течении 6 лет эксплуатации на данном покрытии дефектов не обнаружено. Такой результат получен благодаря применению литого прорезиненного асфальтобетона, который имеет большую прочность на изгиб в отличии от традиционных типов асфальтобетонов. Данный тип конструкции дорожной одежды разработан в Финляндии и был применен на мосту через р. Волгу у села Пристанное.

Рис. 3. Конструкция дорожной одежды из литого асфальтобетона технологии фирмы Лемминкяйнен

Конструкция дорожной одежды с защитно-сцепляющим слоем из рулонных наплавляемых материалов с двумя слоями асфальтобетонного покрытия. Такая конструкция характеризуется хорошей адгезией гидроизоляции как с плитой проезжей части, так и с асфальтобетонным покрытием.

Срок службы покрытия зависит не только от типов, асфальтобетонных смесей, которые применяются в слоях, но и от конструкции самой плиты. В последние годы на ортотропных плитах находит применение плотный асфальтобетон тип Б в качестве нижнего слоя и щебеночно-мастичный асфальтобетон в качестве верхнего слоя. Однако при таком сочетании напряжение в ЩМА превышают прочность на растяжение при изгибе, и срок службы таких покрытий составляет 3–5 лет.

Рис. 4. Конструкция дорожной одежды с защитно-сцепляющим слоем из рулонных наплавляемых материалов

Конструкция дорожной одежды с применением рулонного полимерного материала «Поликров-Р200» по слою мастики «Поликров М-140» с асфальтобетонным покрытием, на основе модифицированного полимер-битумного вяжущего с добавкой ДСТ была применена на мосту через р. Обь у г. Сургут. При строительстве данной конструкции дорожной одежды, из-за отсутствия опыта ее применения возникли проблемы уплотнением, так как асфальтобетон быстро остывал и становился резиноподобным.

Через 3 года эксплуатации покрытия в нем проявились продольные и поперечные трещины, что привело к попаданию воды и образованию локального вспучивания.

Рис. 5. Конструкция дорожной одежды с применением композиции «Поликров»

Применение тонкослойных покрытий Матакрил позволило увеличить срок службы в среднем до 11 лет. Такие покрытия были применены при строительстве моста через р. Сясь в Ленинградской области, и моста через р. Камчатка в Камчатском крае. После 7 лет эксплуатации существенных дефектов на покрытии не наблюдается.

Наиболее главным достоинством данного покрытия является то, что его вес в 10 раз меньше веса асфальтобетонного покрытия, что позволяет снизить нагрузку на пролетное строение, а, следовательно, уменьшить количество используемого металла до 15 %.

Рис. 6. Конструкция дорожной одежды с применением тонкослойных покрытий на основе (ПММА)

Срок службы рассмотренных клнструкций дорожных одежд представлен в виде диаграммы.

Рис. 7. Средний срок службы покрытия: 1- Дорожная одежда с применением полиуретанового защитно-сцепляющего слоя Romex; 2- Дорожная одежда с применением эпоксидного компаунда для защитно-сцепляющего слоя + буферный слой Зика; 3- Дорожная одежда из литого асфальтобетона технологии фирмы Лемминкяйнен; 4- Дорожная одежда с защитно-сцепляющим слоем из рулонных наплавляемых материалов; 5- Дорожная одежда с применением композиции «Поликров»: 6- Дорожная одежда с применением тонкослойных покрытий на основе (ПММА)

Сравнивая рассматриваемые конструкции дорожных одежд можно сделать вывод, что тонкослойные покрытия на основе полиметилметакрилата (ПММА) имеют наибольший срок службы.

На сегодняшний день опыт применение такого покрытия незначителен. Кроме того, отсутствуют адекватные методы расчета покрытия из этого материала.

Для устройства качественной дорожной одежды на мостах с металлической плитой проезжей части, необходимо отказываться от применения традиционного асфальтобетона. Поэтому необходима разработка совершенно новых типов слоев, работа которых будет учитываться совместно с работой ортотропной плиты. Также необходимо совершенствовать нормативно- техническую базу.

Для практического внедрения рассмотренных материалов в качестве конструкций дорожных одежд на мостах с ортотропной плитой следует продолжать теоретические исследования.

Литература:

Овчинников И. Г., Овчинников И. И. Дорожная одежда на мостовых сооружениях: отечественный и зарубежный опыт // Интернет-журнал Науковедение. — 2014. — № 5. — С. 67–97.
Горелышева Л. А. Нежесткие дорожные покрытия на металлических мостах. М. -2004. Информавтодор. Обзорная информация. Вып. 4. 80 с.
Овчинников И. Г., Овчинников И. И., Телегин М. А., Хохлов С. В. Эффективные конструкции дорожных одежд с применением асфальтобетона на мостовых сооружениях // Интернет-журнал Науковедение. — 2014. — № 1. — С. 1–18.
Овчинников И. Г., Илюшкин В. А., Овчинников И. И., Удалов М. В. Особенности устройства и работы дорожных одежд на мостовых сооружениях с ортотропной плитой проезжей части// Совершенствование методов расчета строительных конструкций и технологии строительства. Сборник науч. трудов. Саратов. СГТУ. 2010.с. 223–232

Основные термины (генерируются автоматически): Дорожная одежда, защитно-сцепляющий слой, проезжая часть, срок службы, асфальтобетонное покрытие, конструкция, мост, покрытие, металлическая плита, срок службы покрытия.

Ключевые слова

асфальтобетонное покрытие,

мост,

конструкция дорожной одежды,

ортотропная плита проезжей части

конструкция дорожной одежды, мост, ортотропная плита проезжей части, асфальтобетонное покрытие

Анализ конструкций дорожного покрытия — 2-е издание — Анимеш Дас

Содержание
Описание книги

180 страниц
81 Ч/Б иллюстрации

к
КПР Пресс

180 страниц
81 Ч/Б иллюстрации

к
КПР Пресс

Узнайте об электронных книгах VitalSource Открывает всплывающее окно

Также доступна в виде электронной книги по адресу:

Электронные книги Тейлора и Фрэнсиса
(покупка для учреждений)Открывается в новой вкладке или окне

Продолжить покупки

Анализ конструкций дорожных покрытий Программа объединяет текущие исследования и имеющиеся знания в области анализа и проектирования дорожных одежд и вводит анализ нагрузки и термических напряжений в асфальтовых и бетонных конструкциях дорожных покрытий простым и пошаговым способом. Во втором издании этой книги добавлена новая глава о численной реализации (с использованием FEM) анализа дорожного покрытия, а также такие темы, как механическое моделирование гранулированных материалов, применение теорем свертки в вязкоупругости, вязкоупругий коэффициент Пуассона, концепции механики разрушения применительно к усталости асфальтобетонных смесей, растворов полубесконечных и пр. Также добавлены новые решенные примеры и принципиальные схемы.

Особенности:

Представляет простой пошаговый подход к анализу дорожного покрытия, включая систематическую компиляцию исследовательской работы в области
Обсуждает дальнейшие разработки с точки зрения расширенных аналитических формулировок по некоторым выбранным темам
Включает новую главу по анализу методом конечных элементов конструкций дорожного покрытия
Содержит больше решенных примеров для лучшего понимания концепций
Исследует основное применение анализа покрытия при расчете толщины покрытия

Эта книга предназначена для аспирантов, исследователей в области строительной механики и студентов старших курсов бакалавриата, изучающих гражданское строительство, дорожное строительство, дорожное строительство и транспорт.

1. Введение. 2. Характеристика материала. 3. Нагрузочное напряжение в бетонном покрытии. 4. Температурные напряжения в бетонном покрытии. 5. Нагрузочное напряжение в асфальтовом покрытии. 6. Температурное напряжение в асфальтобетонном покрытии. 7. Конечно-элементный анализ конструкций дорожного покрытия. 8. Дизайн дорожного покрытия. 9. Разные темы.

Биография

Анимеш Дас , доктор философии, в настоящее время работает профессором кафедры гражданского строительства Индийского технологического института Канпур. Он получил докторскую степень. степень Индийского технологического института Харагпур. Сфера интересов доктора Даса — характеристика материала дорожного покрытия, анализ дорожного покрытия, проектирование дорожного покрытия и техническое обслуживание дорожного покрытия. У него много технических публикаций в различных авторитетных журналах и материалах конференций. Он является соавтором учебника под названием «Принципы транспортной инженерии», опубликованного Prentice-Hall of India (в настоящее время изучает PHI).
Он получил ряд наград в знак признания его вклада в эту область, в том числе награду Индийской национальной академии инженеров для молодых инженеров (2004 г.) и стипендию Фулбрайта-Неру для старших научных сотрудников (2012–2013 гг.). Подробную информацию о его работах можно найти на его веб-странице: http://home.iitk.ac.in/□adas.

Добавить в корзину

Отдел проектирования дорожного покрытия

Отдел проектирования дорожного покрытия

Отдел проектирования дорожного покрытия отвечает за следующее:

• Оценка дорожного покрытия на уровне проекта
• Проектирование и проверка конструкций дорожного покрытия для государственных и местных проектов
• Выбор проекта, определение объема работ и помощь в заключении контракта на обновление покрытия и программы восстановления дорожного покрытия
• Оценка новых методологий проектирования и строительства практики
• Внедрение новых технологий покрытия и спецификаций материалов
• Испытание сцепления покрытия для различных оценок безопасности
• Поддержка, связанная с покрытием, для различных подразделений и программ в Департаменте

За дополнительной информацией следует обращаться по адресу:

Steven T.

Конструкции покрытий дорожных покрытий: «Типовые конструкции дорожных одежд городских дорог»

Выбор типов конструкций дорожных одежд на мостах с ортотропной плитой проезжей части

Ключевые слова

Похожие статьи

Оценка устройства

Анализ целесообразности строительства

Строительство

Трещины на

Анализ гидроизоляционных материалов, используемых на…

Современные технологии устройства

Повышение качества

Ремонт