Качество автомобильных дорог формируется задолго до момента ввода объекта в эксплуатацию. Оно зависит не только от свойств применяемых материалов, но и от соблюдения проектных решений и технологии производства работ на каждом этапе строительства.
При этом не все нарушения можно определить визуально. Например, фактическая толщина конструктивных слоев или характеристики примененных материалов могут не соответствовать установленным требованиям.
Подобные отклонения зачастую проявляются не сразу. Их последствия становятся заметны уже в процессе эксплуатации дороги - под воздействием транспортных нагрузок, атмосферных осадков, перепадов температур и сезонного промерзания.
К числу наиболее часто выявляемых нарушений относятся:
· несоответствие количества и толщины конструктивных слоев;
· недостаточное уплотнение асфальтобетона;
· недостаточное уплотнение песчаных слоев и грунтов;
· отклонения зернового состава асфальтобетонной смеси;
· несоответствие зернового состава песка и грунта.
Рассмотрим, почему эти показатели имеют такое значение и к каким последствиям могут приводить отклонения.
Несоответствие количества и толщины конструктивных слоев
Дорожная одежда представляет собой многослойную конструкцию. Количество слоев, применяемые материалы толщина определяются проектными решениями. При расчете учитываются интенсивность и состав движения, характеристики грунтов земляного полотна, климатические условия, расчетные нагрузки и другие факторы. Поэтому уменьшение толщины слоя нельзя рассматривать только как формальное отклонение от проектной документации. Если, например, основание выполнено меньшей толщины, нагрузка от транспорта будет передаваться на нижележащие слои более интенсивно, чем предусматривалось проектом. При недостаточной толщине асфальтобетонного слоя уменьшается его способность воспринимать возникающие напряжения и сопротивляться деформациям.
Наибольшую опасность представляет сочетание нескольких отклонений одновременно. Незначительное уменьшение толщины каждого отдельного слоя в совокупности может заметно изменить работу всей конструкции.
В дальнейшем это может способствовать развитию:
· колейности;
· просадок;
· продольных и поперечных трещин;
· сетки трещин;
· локальных деформаций;
· преждевременного разрушения покрытия.
Недостаточное уплотнение асфальтобетона
Уплотнение является одним из основных технологических процессов при устройстве асфальтобетонного покрытия.
После распределения смеси укладчиком в ней сохраняется определенное количество пустот. При работе уплотняющей техники формируется необходимая структура асфальтобетона и достигается проектная плотность.
Если требуемая степень уплотнения не обеспечена, в материале остается повышенное количество пор. Это непосредственно влияет на дальнейшую работу покрытия. Более пористый асфальтобетон становится более доступным для проникновения воздуха и влаги. Воздействие кислорода ускоряет старение битумного вяжущего, а вода может проникать во внутреннюю структуру материала.
Особенно неблагоприятны циклы замораживания и оттаивания. Попавшая в поры вода при замерзании увеличивается в объеме и дополнительно воздействует на структуру покрытия.
Недостаточное уплотнение может стать одной из причин:
· повышенной водопроницаемости;
· ускоренного старения асфальтобетона;
· выкрашивания материала;
· образования трещин;
· появления выбоин;
· развития локальных деформаций;
· сокращения срока службы покрытия.
Важно учитывать, что получение необходимой плотности зависит от целого комплекса факторов: температуры смеси, толщины слоя, характеристик асфальтобетона, погодных условий, выбранной схемы уплотнения и времени начала работы катков.
Например, если температура смеси снизилась ниже технологически оптимального уровня, эффективность дальнейшего уплотнения резко уменьшается.
Таким образом, требуемая плотность — это не только результат количества проходов катка, но и показатель соблюдения технологии устройства покрытия в целом.
Недостаточное уплотнение песка и грунта
Земляное полотно и нижележащие слои основания визуально практически незаметны после завершения строительства. Однако именно они воспринимают и передают значительную часть нагрузки от всей дорожной конструкции.
При устройстве таких слоев грунт и песок укладываются определенной толщиной и уплотняются до требуемого проектом состояния.
Если необходимая плотность не достигнута, материал сохраняет возможность дальнейшего изменения объема. После открытия движения фактическое уплотнение может продолжаться уже под действием транспортных нагрузок.
Проблема заключается в том, что этот процесс происходит неравномерно. На отдельных участках степень первоначального уплотнения может отличаться, поэтому и последующая осадка будет различной.
В результате появляются локальные изменения отметок основания, которые постепенно передаются на верхние слои дорожной одежды.
Возможными последствиями являются:
· неравномерная осадка;
· локальные просадки;
· образование неровностей;
· появление трещин;
· деформация основания;
· разрушение вышележащих слоев дорожной одежды.
Особенно серьезные последствия возможны при сочетании недостаточного уплотнения с повышенной влажностью.
Отклонения зернового состава асфальтобетонной смеси
Асфальтобетон — это композиционный материал, свойства которого зависят от правильного соотношения всех его компонентов.
Минеральную часть смеси образуют частицы различного размера. Крупные зерна формируют основу структуры, более мелкие заполняют пространство между ними, а минеральный порошок совместно с битумным вяжущим участвует в формировании связующей составляющей материала. Соотношение частиц различных размеров характеризуется зерновым составом смеси.
Например, недостаток крупной фракции может уменьшить устойчивость минерального каркаса к сдвиговым нагрузкам. Это особенно важно на участках с интенсивным движением тяжелого транспорта, где покрытие подвергается значительным горизонтальным и вертикальным воздействиям.
В результате несоответствие зернового состава может способствовать:
· изменению расчетной плотности материала;
· повышенной или недостаточной пористости;
· ухудшению уплотняемости смеси;
· снижению водостойкости;
· уменьшению устойчивости к сдвиговым деформациям;
· образованию колеи;
· развитию трещин;
· ускоренному разрушению поверхности.
При этом внешне свежеуложенное покрытие может выглядеть вполне качественно и именно поэтому исследование состава материала является важной составляющей лабораторного контроля.
Несоответствие зернового состава песка
Зерновой состав песка также оказывает значительное влияние на свойства конструктивного слоя. От размера и соотношения частиц зависят его уплотняемость, фильтрационные характеристики и устойчивость под нагрузкой.
Особое значение имеет содержание мелких, пылеватых и глинистых частиц.
При их повышенном количестве способность материала пропускать воду может снижаться. Влага задерживается в конструкции, увеличивая вероятность ее переувлажнения. В сезон отрицательных температур наличие избыточной влаги становится дополнительным неблагоприятным фактором.
Возможными последствиями становятся:
· недостаточная плотность слоя;
· ухудшение водоотвода;
· накопление влаги;
· снижение устойчивости основания;
· развитие неравномерных осадок;
· деформация вышележащих слоев.
Таким образом, соответствие песка установленным требованиям важно не меньше, чем соблюдение технологии его укладки.
Несоответствие зернового состава и типа грунта
Характеристики грунта земляного полотна во многом определяют работу всей дорожной конструкции.
Содержание частиц различного размера влияет на способность грунта уплотняться, удерживать воду, изменять прочность при увлажнении и реагировать на сезонное промерзание. Особое значение имеет содержание мелкодисперсных, пылеватых и глинистых частиц. Такие грунты способны удерживать значительное количество влаги. При водонасыщении их характеристики могут существенно изменяться. Кроме того, отдельные типы грунтов обладают повышенной склонностью к морозному пучению: под воздействием отрицательных температур вода в грунте замерзает, что может сопровождаться изменением его объема. После оттаивания структура и прочностные характеристики основания вновь изменяются.
В результате несоответствие характеристик грунта тем условиям, которые были приняты при проектировании, способно приводить к:
· снижению несущей способности земляного полотна;
· накоплению влаги;
· морозному пучению;
· неравномерным осадкам;
· просадкам;
· образованию трещин и других повреждений покрытия.
Поэтому исследование грунта позволяет не просто классифицировать материал, но и оценить возможный характер его работы в составе дорожной конструкции.
Заключение
Надежность автомобильной дороги определяется не одним показателем: она складывается из множества взаимосвязанных факторов: правильности проектных решений, качества материалов, соблюдения технологии производства работ, характеристик земляного полотна и эффективности контроля. Толщина слоя, коэффициент уплотнения или зерновой состав могут показаться сугубо техническими параметрами. Однако за каждым из них стоят вполне конкретные эксплуатационные последствия.
Недостаточная толщина уменьшает расчетную способность конструкции воспринимать нагрузку. Недостаточное уплотнение создает условия для осадок, проникновения влаги и ускоренного разрушения. Отклонения зернового состава меняют свойства самого материала. Именно поэтому своевременное выявление даже небольших несоответствий имеет существенное значение.
Статью подготовил:
Начальник Лаборатории дорожного строительства
Куцевич О.И.