Реконструкция автомобильных дорог

3.5 . Особенности реконструкции дорожных одежд с цементобетонными покрытиями

При реконструкции дорожных одежд с цементобетонными покрытиями обычно выполняют работы по усилению ( повышению прочности ) и уширению дорожной одежды .

В настоящее время можно применять следующие три способа усиления дорожных одежд с цементобетонными покрытиями :

· устройство слоев усиления из асфальтобетонных смесей поверх старого цементобетонного покрытия без нарушения его сплошности ;

· то же с предварительным дроблением старого цементобетонного покрытия на мелкие блоки и тщательным уплотнением полученного таким образом материала основания ,

· устройство слоя усиления из непрерывно армированного бетона поверх старого цементобетонного покрытия .

При этом , если материалы старого покрытия и слоя усиления имеют различные модули упругости , то сначала определяют расчетом прочности на растяжение при изгибе эквивалентную толщину плиты из разномодульных материалов , приведенную к толщине материала с наибольшим модулем упругости , а затем определяют требуемую толщину усиления :

                                                       ( 14)

где h экв - толщина однородной плиты , см ;

Ест . п . - модуль упругости материала старого покрытия , эквивалентный по жесткости на изгиб старому покрытию и слою усиления ;

h ст . п . - толщина старого покрытия ;

Еус - модуль упругости материала , используемого для усиления , МПа ;

h ус - толщина усиления .

Для усиления дорожных одежд с цементобетонным покрытием рекомендуется применять полимер асфальтобетон в соответствии с техническими условиями ТУ 35-1669-88 «Вяжущие полимерно - битумные на основе ДСТ и полимер асфальтобетон» , утвержденными Минтрансстроем СССР в 1988 г . [ 28].

Полимерасфальтобетон обладает повышенной прочностью , эластичностью и теплостойкостью в широком диапазоне эксплуатационных температур . Применение полимерасфальтобетона повышает трещиностойкость слоя усиления над поперечными швами старого цементобетонного покрытия .

Для приготовления полимерасфальтобетонных смесей следует использовать полимерно - битумные вяжущие ( ПБВ ) на основе дивинилстирольного термоэластопласта ( ДСТ ) соответствующих марок .

В зависимости от вязкости ПБВ делятся на следующие марки ПБВ 40/60, ПБВ 60/90, ПБВ 90/130, ПБВ 130/200, ПБВ 200/300.

ПБВ получают введением в битум 2 - 4 % ДСТ от массы. В вязкие битумы ДСТ следует вводить в виде раствора в битумном сырье ( гудроне ) или жидком битуме . В качестве пластификаторов при приготовлении ПБВ используются индустриальные масла.

Введение 2, 3 и 4 % ДСТ дает возможность получить ПБВ с температурой перехода в хрупкое состояние -25, -35 и -50 °С соответственно . Для получения ПБВ с температурой перехода в хрупкое состояние -60 °С в битум необходимо вводить до 6 % ДСТ . Применение ПБВ с температурой перехода вяжущего в хрупкое состояние , соответствующей минимальной зимней температуре эксплуатации слоя усиления , обеспечивает трещиностойкость этого слоя , в особенности над поперечными швами усиливаемого покрытия .

Зерновой состав полимерасфальтобетонных смесей должен удовлетворять требованиям ГОСТ 9128-84 «Смеси асфальтобетонные дорожные , аэродромные и асфальтобетон» .

Полимерасфальтобетонные смеси должны удовлетворять требованиям ГОСТ 9128-84 для асфальтобетонных смесей соответствующих марок .

Контрольные испытания качества полимерасфальтобетона в покрытии следует производить по водонасыщению , набуханию , пористости минерального остова и остаточной пористости , а также по коэффициенту уплотнения .

Качество ПБВ устанавливают стандартными методами , принятыми для оценки свойств дорожных битумов . Кроме того , определяют однородность и показатель эластичности , характеризующий способность ПБВ к обратимым деформациям , в соответствии с ТУ 35-1669-88 .

Слои усиления из непрерывно армированного бетона устраивают в соответствии с ВСН 4-75 «Временными техническими указаниями по проектированию и строительству непрерывно армированных цементобетонных дорожных покрытий и оснований в г . Москве» , утвержденными Главмосинжстроем в 1974 г .

Слои усиления из непрерывно армированного бетона устраивают неограниченной длины и прерывают их только перед искусственными сооружениями ( мостами , путепроводами и т . д .). Концевые участки слоев усиления из непрерывно армированного бетона должны быть закреплены неподвижными упорами траншейного или свайного типа .

Слои усиления должны обеспечивать прочность и ровность дорожной одежды в течение заданного срока службы под воздействием автомобильных нагрузок и климатических факторов .

Толщина слоя усиления из непрерывно армированного бетона определяется расчетом .

При усилении дорожной одежды с цементобетонным покрытием толщина слоя усиления из непрерывно армированного бетона может составлять 10 - 12 см . Слой усиления из непрерывно армированного бетона следует укладывать непосредственно на старое цементобетонное покрытие без устройства изолирующих и выравнивающих прослоек.

Для армирования покрытий должна применяться арматура периодического профиля . Диаметр арматуры следует подбирать с учетом минимального раскрытия трещин и принятой технологии строительства . Армирование покрытий можно осуществлять плоскими сварными или вязаными сетками , сварными каркасами , отдельными арматурными стержнями . Непрерывную арматуру следует располагать на расстоянии 1/3 ... 1/2 h ус ( h ус - толщина слоя усиления ) от поверхности слоя усиления ( рис . 30). Арматурные каркасы ставятся симметрично относительно нейтральной оси слоя усиления .

Поперечные швы ( сжатия и расширения ) на слое усиления не устраивают . Продольные швы в зависимости от количества поперечной арматуры устраивают через 3,75 м по типу ложных или через 7,5 м по типу шпунта ( рис . 31).

Непрерывность армирования обеспечивается нахлесткой стержней в продольном и поперечном направлениях .

Рис . 29 . Конструкция стыкового соединения нового дорожного покрытия с существующим :

1 - армирующий элемент ; 2 - верхний слой покрытия асфальтобетонного ; 3 - нижний слой покрытия из асфальтобетона ; 4, 5 - слои основания из тощего бетона ; 6 - слой щебня ; 7 - морозозащитный слой из песка; 8 - существующее земполотно ; 9 - фрезерование существующего асфальтобетонного покрытия ; 10 - существующее цементобетонное покрытие ; 11 - существующее асфальтобетонное покрытие

Рис . 30 . Принципиальные схемы дорожных одежд с непрерывно армированными покрытиями :

1 - непрерывно армированное бетонное  покрытие ; 2 - песчано - цементная смесь ; 3 - черный щебень ; 4 - тощий бетон ; 5 - песок ; 6 - теплоизолятор ( стиропорбетон , пенопласт и др .)

Рис . 31 . Конструкции продольных швов :

а - шов по типу ложного ; б - шов по типу шпунта ; 1 - бетонная плита покрытия ; 2 - арматурная сетка ; 3 - битумная мастика

Длина нахлестки должна быть не менее : в продольном направлении - 30 - 35 d ; в поперечном направлении - 25 d ( где d - диаметр стержней ), и во всех случаях не менее 250 мм . Поперечные стыки смежных сеток должны располагаться вразбежку с шагом не менее 50 см . Для армирования слоя усиления следует применять следующие виды арматурных сталей : стержневая горячекатанная периодического профиля класса А - II диаметром от 10 до 20 мм , класса А - III диаметром от 6 до 20 мм ; стержневая , упрочненная вытяжкой периодического профиля класса А - II в диаметром от 10 до 20 мм , класса А - III в диаметром от 6 до 20 мм .

Расчет на прочность слоя усиления из непрерывно армированного бетона производят в соответствии с ВСН 4-75 [ 2] «Временные технические указания ... » и с ВСН 29-76 «Технические указания по оценке и повышению технико - эксплуатационных качеств дорожных одежд и земляного полотна автомобильных дорог» , утвержденными Минавтодором РСФСР в 1976 г .

Концевые упоры траншейного типа ( рис . 32) устраивают следующим образом . В старом покрытии перфораторами с компрессором устраивают поперечные прорези на ширину бетонных шпор , вблизи поперечных швов отрывают поперечные траншеи экскаватором ; устанавливают в траншеях арматурные каркасы ; укладывают и уплотняют бетонную смесь ; отделывают верхнюю поверхность бетонных шпор . Арматурные каркасы должны иметь выпуски , свариваемые в последующем с непрерывной арматурой покрытия .

Перед бетонированием слоя усиления арматуру в виде плоских сеток или каркасов устанавливают на подкладках , уложенных на основание . Подкладки могут быть изготовлены из арматуры любого класса или из бетона того же состава , который применяется для устройства слоя усиления .

Работы по устройству слоя усиления должны производиться непрерывно . Рабочие поперечные швы устраивают следующим образом . По окончании смены устанавливают упорную доску с прорезями для пропуска продольной арматуры . Перед возобновлением укладки бетона доску удаляют и торец плиты смачивают водой .

Слои усиления из непрерывно армированного бетона могут применяться и при реконструкции дорожных одежд нежесткого типа .

Из трех способов усиления дорожных одежд с цементобетонным покрытием предпочтительнее устройство слоя усиления из непрерывно армированного бетона . В этом случае слой усиления имеет свойства , близкие к свойствам материала существующего покрытия ( цементобетона ); кроме того , объемы и стоимость работ по ремонту дорожной одежды после ее усиления будут минимальными .

На практике усиления цементобетонных покрытий производят путем укладки слоев асфальтобетона , причем конструкция , тип и марка асфальтобетона и технология производства работ определяются в зависимости от технической категории дороги и дорожно - климатической зоны .

Для автомобильных дорог высших категорий , а также дорог , расположенных и в I - III дорожно - климатической зонах , применяют асфальтобетонные смеси типов А или Б первой марки .

Подготовительные работы при этом направлены в основном на устранение дефектов цементобетонного покрытия :

· полностью разрушенные плиты удаляются и заменяются на новые монолитные , изготовленные на месте или на заводах ЖБИ ;

· пустоты над плитами и нарушение уклонов исправляются путем профилирования основания ( при этом плиты снимаются ) или нагнетания под плиты песка или цементного раствора ;

· сколы кромок и углов плит устраняют путем укладки асфальтобетонных ( мелкозернистых или песчаных ) смесей при толщине слоя до 6 см и цементобетонных более 6 см ;

· искажения продольного и поперечного профилей устраняют путем укладки выравнивающего слоя из песчаного или мелкозернистого асфальтобетона асфальтоукладчиками , оснащенными системами автоматики ;

· восстанавливают швы существующего покрытия и заливают их герметизирующей мастикой .

Перед укладкой выравнивающего слоя или покрытия производят розлив горячего битума (0,3 - 0,5 л / м2 ) или битумной эмульсии (0,6 - 0,8 л / м 2 ).

Технология производства работ при усилении дорожных одежд с учетом повышения трещиностойкости слоя может выполняться следующими способами :

· путем укладки толстыми слоями за один проход ( толщина слоя 10 - 18 см в России , 14 - 26 см за рубежом );

· использованием асфальтобетонных смесей на основе ПБВ ;

· армированием асфальтобетона в зонах швов цементобетонного покрытия геоматериалами ;

· армированием асфальтобетонных смесей металлическими или полимерными волокнами ;

· путем устройства в асфальтобетоне деформационных швов над швами существующего цементобетонного покрытия .

Наибольший эффект достигается при комплексном использовании нескольких способов одновременно .

В технологии укладки асфальтобетона толстыми слоями за один проход наибольшую сложность вызывает уплотнение , так как необходимо применять тяжелые катки массой 15 - 25 т и увеличивать число проходов катка по одному следу . Температура воздуха при укладке не должна быть ниже 5 °С , а температура смеси - не ниже 140 °С .

Для повышения эффективности уплотнения фирмы «Фегеле» и «АБГ» ( Германия ) разработали конструкции брусьев высокого уплотнения для асфальтоукладчиков ( рис . 33).

Рис 32 . Схема сопряжения анкеров с непрерывно армированным покрытием :

а - анкер траншейного типа ; б - анкер свайного типа ; 1 - покрытие ; 2 - непрерывная арматура ; 3 - выпуск арматуры из анкеров ; 4 - бетонная шпора; 5 - соединение по типу шпунта ; 6 - арматурный каркас ; 7 - железобетонная свая ; 8 - дополнительная арматурная сетка

Рис . 33 . Схема расположения уплотняющего оборудования для асфальтоукладчиков фирмы «АБГ» ( Германия ):

1 - шнек , 2, 3 - трамбующий брус , 4 - виброплита

Рабочие органы представляют собой комбинацию трамбующих брусьев ( прессующих планок ) и виброплит . Амплитуда колебаний трамбующих брусьев последовательно составляет 0 ... 12 мм и 3 ... 8 мм , а виброплит 1,5 ... 2,5 и 0,5 ... 1,2 мм .

В конструкции рабочих органов фирмы «АБГ» предусмотрена возможность статического пригруза задней кромки виброплиты , а в конструкции фирмы «Фегеле» предусмотрено две секции уплотнения с чередованием трамбующих брусьев и виброплиты .

По зарубежным данным , достигалась степень уплотнения асфальтобетона до 1,02 - 1,03 после прохода асфальтоукладчика . При испытаниях в нашей стране асфальтоукладчиков этих фирм была достигнута степень уплотнения 0,96 - 0,99. Окончательное уплотнение проводилось пневмошинными и комбинированными катками массой 16 - 24 т .

Широкое использование асфальтобетонных смесей с ПБВ при реконструкции МКАД показало , что необходимо обеспечивать высокую точность дозирования полимера ( применялся отечественный ДСТ ), так как даже небольшая передозировка его вызывала невозможность уплотнения смеси из - за повышенной деформативности .

Армирование геоматериалами выполняется как непосредственно на контакте асфальтобетона с цементобетоном ( в выравнивающем слое ), так и в верхних слоях покрытия . Ширина укладываемого материала составляет 1,2 - 2,0 м над швами цементобетонного покрытия , причем для крепления геоматериалов применяют способы : приклейки ( вязким битумом или битумной эмульсией ) или крепления скобами или специальными гвоздями .