Борьба с колееобразованием на стадии проектирования дорожных конструкций

Колееобразование – основная причина преждевременного ухудшения многих городских и автомобильных дорог, которые отличаются высоким уровнем загрузки.

Колея увеличивается пропорционально увеличению осевых нагрузок и интенсивности движения. Но негативная тенденция состоит не только в этом. В большинстве случаев избежать колееобразования невозможно, что подтверждается многолетним опытом эксплуатации дорог, их диагностики и ремонта. Предотвратить формирование колеи на загруженных дорогах не получится, но ограничить ее глубину вполне возможно.

К сожалению, на этапе проектирования дорожных конструкций часто не соблюдаются важные условия, позволяющие повысить их устойчивость к большим нагрузкам. Рассмотрим особенности, которые нужно учитывать при создании дорожной конструкции. 

Активная зона земляного по­лотна

Этот слой является рабочим. Деформация, проявляющаяся в виде колейности, может составлять до 95%. Однако в тех случаях, когда земляное полотно состоит из песка или глинистого грунта с низкой влажностью, вклад рабочего слоя земляного полотна незначительный либо совсем отсутствует. Отсюда очевидно, что для полного исключения вероятности колееобразования или ее сведения к минимуму за счет земляного полотна нужно:

• выбирать грунты, которые благодаря своим физико-ме­ханическим характеристикамне слишком сильно подвергаются влиянию влаги, например, пески (мелкие, средние, крупные);
• при отсутствии возможности применить такие грунты в расчетные периоды направлять проектные решения на снижение уровня влажности глинистых грунтов, например, с помощью дренажных устройств;
• укреплять грунты рабочего слоя путем реализации разных способов, таких как повышение плотности, использование вяжущих материалов и армирующих прослоек; внастоящее время среди проектировщиков популярны геосентические материалы – геотекстиль тканый и нетканый.
• по максимуму исключить вероятность образования  колейности путем вклада грунтов земляного полотна, что становится возможным в результате создания конструктивных слоев дорогс использованием тяжелых литых бетонов.

Дополнительные слои основания – дренирующие, морозозащитные

Морозозащитные и дренирующие слои дорожного полотна наименьше способствуют колееобразованию. Для уменьшения их вклада в сдвиговые деформации следует придерживаться общих рекомендаций:

• не стоит увеличивать толщину слоев искусственным путем, создавая «запас» к общей прочности дорожного полотна, поскольку в результате таких действий повышается вероятность возникновения повреждений;
• песчаные слои нужно создавать таким образом, чтобы их толщина была минимальной, но и достаточной для устойчивости дорожной конструкции к морозам; также при выполнении таких слоев надо соблюдать условия дренирования;
• чтобы уменьшить толщину дренирующего песчаного слоя, его можно не рассчитывать с учетом запаса на поглощение воды, которая поступает в течение расчетного периода, осуществив на этапе проектирования процедуру осушения песка дренажами мелкого заложе­ния, сформировав песчаный слой по всей ширине земляного плотна или создав дренирующий слой на основе геосинтетиков;
• при проектировании песчаных слоев, которые являются дополнительными, надо применять пески с хорошими фильтра­ционными свойствами, если имеется такая возможность, или геотекстиль .

Слои основания

При формировании колеи участие слоев основания мо­жет быть разным. В том случае, если в основе конструкции лежит каменный материал плохого качества и отмечается высокая интенсивность движения, присутствуют неблагоприятные условия увлажнения, вклад слоев основания в глубину колеи может составлять от 80% до 90%.

Главные причины такого результата при использовании каменных материалов – постепенное разрушение структуры, сильное увлажнение, высокие значения интенсивности движения, неблагоприятные условия. Таким образом, структурные разрушения приводят к образованию сущес­твенных осадков с их максимальной концентрацией под полосами наката. Создание слоев основания на основе грунтов, укрепленных вяжущим веществом, тоже не позволяет полностью избавиться от проблемы, т.к. они подвержены деформациям и разрушениям – влажностным, температурным, усадочным.

С течением времени слои основания, созданные из грунтов, укрепленных комплексными и неорганическими вяжущими веществами, начинают выполнять функции, суть которых схожа с функциями обыч­ных грунтов. То есть в таких слоях отмечаются сдвиговые деформации. И даже укатываемые бетоны в данном случае не предотвращают накопление остаточных деформаций.

Для сведения к минимуму вклада слоев основания в колееобразование можно придерживаться таких рекомендаций:

• по возможности нужно применять малоцементные укатывае­мые бетоны и качественные материалы, укрепленные вяжущими веществами (все советы, направленные на снижение вкла­да грунта рабочего слоя в процесс колееобразования относятся и к основе дорожного покрытия);
• чтобы полностью исключить вклад слоев в процесс формирования колеи, стоит использовать жесткие основания, выполненные из тяжелого литого бетона,
• не нужно искусственно увеличивать толщину слоев, созданных из каменных материалов  и грунтов с вяжущими веществами, такое дополнительное укрепление конструкции не принесет никакой пользы и в результате длительной эксплуатации пойдет в ущерб ее прочности; идеальный вариант для этих целей – георешетка.

Слои покрытия

Именно слои покрытия затрудняют полное устранение возможности образования колеи. Только в этих слоях реализовать данную задачу практически невозможно, даже если будут применены тяжелые литые бетоны, отличающиеся высокой прочностью. Несмотря на тот факт, что наибольшая степень повреждений вследствие транспортных нагрузок наблюдается в слоях покрытия, и практически всегда на них воздействует агрессивная среда, формирование пластической колеи при определенных условиях должно отсутствовать; к таким условиям относятся правильный выбор смеси, приготовление и укладка асфальтобетонных покрытий с соблюдением технологий, применение модификаторов, выполненных на основе резиновой крошки.

Нагрузки, которые приходится выдерживать асфальтобетонному покрытию на последней стадии его уплотнения с применением тяжелых катков, более сильные, чем нагрузка, возникающая от колес тяжелых транспортных средств даже при многократных проездах.

Другими словами, участки дорог, где присутствуют деформации в асфальтобетонном покрытии (выраженные пластические колеи), в большинстве случаев выполняются с использованием неправильно подобранной смеси или недоучетом статического и динамического характера воздействия нагрузки. Возможно, имели место серьезные нарушения технологии приготовления и укладки асфальтобетон­ной смеси. В остальных случаях процесс колееобразования, затронувший верхний слой покрытия, происходит вследствие истирания, повто­рения остаточных деформаций и разрушений нижних слоев дороги и/или грунта земляного полотна.

Были рассмотрены основные особенности конструирования и расче­та дорожных конструкций, которые способствуют снижению вероятности колееобразования за счет грунта земляного полотна и слоев оснований в результате эксплуатации дорожной конструкции.

Что касается слоев покрытия, проектировщики располагают небольшим количеством инструментов, с помощью которых можно значительно повлиять на их вклад в процесс образования колеи. Но все же, существуют некоторые рекомендации:

• при конструировании дорожных покрытий надо учитывать характер нагрузки; в современных условиях при расчете слоев покрытия не стоит ориентироваться только на кратковременную нагрузку, обязательно нужно проверять их способность выдерживать длительные нагрузки;
• при выборе асфальтобетона (по типу, марке, расчетным характеристикам) и битума (по вязкости), следует всегда отдавать предпочтение качественным материалам, в состав которых входит больше щебня (тип А), и более вязкому битуму; используя вместо асфальтобетона типа Б материал типа А, можно повысить устойчивость покрытия к деформациям, снизив его истирание на 20-30% (в зависимости от уровня влажности);
• недавно в России начали использовать способ армирования асфальтобетона, для реализации которого необходимы геосетки на основе базальта и стекловолокна, находясь между слоями асфальтобетона, такие сетки уменьшают степень разрушения дорожных покрытий, т.к. равномерно распределяют нагрузку;
• на этапе проектирования дорожных конструкций могут применяться слои покрытия, возможно, не придающие им особой прочности, но созданные на основе материалов, свойства которых на сегодняшний день являются наилучшими; они максимально предотвращают колееобразование, нейтрализуют многократное негативное воздействие колес транспортных средств, в т. ч. шипованной резины; для таких целей хорошо подходят тонкослойные покрытия, выполненные на основе технологии Новачип.

Подводя итог, стоит отметить, что перечень изложенных проектных решений – это лишь небольшой список тех возможностей, которые могут быть использованы с целью предотвращения образования колеи в современных условиях эксплуатации дорожных конструкций.

Чтобы дороги, как в проектных, так и в реальных условиях, были устойчивы к колееобразованию, нужно применять комплексный подход. Он также дол­жен быть направлен на совершенствование норма­тивно-технической документации, касающейся расчета и конструирования дорожных покрытий, на повышение культуры и организационно-тех­нического уровня выполнения строительных и ремонтных работ, реконструкции дорог.

Дорожное строительство и ремонт дорог от профессионалов.