О применении геосинтетических материалов при реконструкции автомобильных дорог

О применении геосинтетических материалов при реконструкции автомобильных дорог.

Автор: (БелдорНИИ)

(Опубликовано в сб. "ТРУДЫ СОЮЗДОРНИИ", выпуск 201, М., 2001)

При реконструкции автомобильных дорог для защиты цементобетонного покрытия от разрушения на дорогах 1 категории обычно назначают усиление слоями асфальтобетона толщиной не менее 15-18 см. При модернизации дороги М1/Е30 «Брест-Минск-граница России» был принят стадийный метод усиления. На первой стадии устраивали выравнивающий слой из асфальтобетона типа Г толщиной 2 см, который одновременно должен был выполнять роль трещинопрерывающей прослойки, и верхний слой покрытия из асфальтобетона типа А толщиной 4 см. Асфальтобетон обоих слоёв в 1996 г. устраивали с добавкой модифицированного 3% SBS битума.

Наблюдения показали, что нижний слой не в полной мере выполняет трещинопрерывающую функцию, поэтому в дальнейшем его конструкцию изменили, устраивая нижний слой асфальтобетона 3 см на чистом битуме. Кроме того, в опытном порядке использовали прослойки из рулонных материалов: стеклосетки и геотекстили производства белорусских предприятий, сетки из полиэстера немецкого производства. Трщинопрерывающие прослойки (ТПП) из рулонных материалов устраивали в виде сплошной укладки материала, с просветами и локального армирования отдельных трещин и деформационных швов цементобетонного покрытия.

Особенности работы нового асфальтобетонного покрытия, уложенного на старое (цементобетонное), состоит в том, что его деформационные швы ( прежде всего поперечные) копируются на новом покрытии в виде трещин. Образование отражённых трещин связано с действием, как температурных напряжений, так и напряжений от транспортных нагрузок. Один из способов их предотвращения – создание так называемых «организованных» трещин путём нарезки швов в новом покрытии над швами существующего с последующей герметизацией.

Для определения наиболее эффективных технических решений было построено несколько опытных участков с различными конструкциями дорожных одежд (таб.1).

Таблица 1

Участок	Толщина слоя, см, (материал)	Расстояние между швами (трещинами), м	Тип прослойки (толщина, см)	Расход рулонного материала, г/м2	Длина трещин, м/м2, при t, сут.
200	700
1	22 (ц/б) 4 и 2 (ПБВ)	5,5	ПБВ(2)	0	0,061	0,251
2	2(а/б) и 22 (ц/б) 4 и 2 (ПБВ)	11,3	ПБВ(2)	0	0,049	0,162
3	22 (ц/б) 4 и 3 (ПБВ)	5,2	Швы через 2-3 плиты	0	0,014	0,126
4	2(а/б) и 22 (ц/б) 4 (ПБВ)	11,4	Стеклосетка а=0,5	80	0,075	0,184
5	22 (ц/б) 4 и 3 (ПБВ)	7,03	Геотекстиль а=0,7	252	0,014	0,06
6	22 (ц/б) 4 и 3 (ПБВ)	4,84	Стеклосетка а=1	160	0,068	0,07
7	22 (ц/б) 4 и 3 (ПБВ)	6,67	Сетка Hatelit а=1	400	0,019	0,061

Примечания. 1. Над чертой – старая дорожная одежда, под чертой новая.

2. Асфальтобетон на полимерно-битумном вяжущем.

Как видно из табл.1, толщина асфальтобетона в дорожной одежде колеблется от 4 до 7 см. Верхние слои на всех участках устроены из асфальтобетона на модифицированном 3% SBS битуме типа А. На участках 1-2 нижние слои толщиной 2 см уложены из асфальтобетона типа Г на модифицированном 3% SBS битуме, на участках 3 5-7 – толщиной 3 см на чистом битуме. Удельный расход рулонных материалов q (q=a*g, где a – удельная площадь армирования или удельная площадь покрытия, на которой уложена прослойка; g – поверхностная плотность материала, г/см2) изменяется от 80 до 400 г/см2, т. е. если на участке 4 удельный расход материала принять за 100%, то на секциях 5,6 и 7 он составит соответственно 315, 200 и 500 %.

Удельная длина отражённых трещин γ (γ= Σγ/F, где Σγ – общая длина всех отражённых трещин, м; F – площадь покрытия, м2) на участках 5, 6, и 7 (с ТПП из рулонных материалов) имеет минимальное значение (0,06…0,07 м/м2). Максимальное количество трещин отмечено на контрольном участке 1 (0,251 м/м2), где ТПП устроена из асфальтобетона на модифицированном битуме. Таким образом, на участках с трещинопрерывающими прослойками количество трещин (при одинаковой толщине нового покрытия) в 2-4 раза меньше, чем на участках без прослоек, и в 2 раза меньше, чем на участке с «организованными» трещинами, нарезанными через 2-3 плиты над швами старого покрытия.

Для комплексного анализа эффективности различных мероприятий по снижению отраженного трещинообразования определим коэффициенты эффективности К1 и К2:

K1=L/ γ*h2 , где L=1м, ; γ – удельная длина трещин; h – толщина нового слоя асфальтобетона, м.

K2= K1*gэт/g, где gэт и g – соответственно эталонное (gэт=200 г/м2) и фактическое значение удельного расхода рулонного материалов.

Коэффициент эффективности K1 характеризует технический эффект применения ТПП. Из таблицы 2 видно, что с учётом толщины покрытия количество отражённых трещин на участках 4-7, где применялись ТПП, значение K1 примерно одинаково (K1=86…100%). Однако если учесть стоимость рулонных материалов, которая в первом приближении является функцией их поверхностной плотности, что можно оценить с помощью коэффициента K2, то лучшие экономические показатели получены для участков дороги 4 и 6, на которых использована стеклосетка с поверхностной плотностью 160 г/м2.

Таблица 2.

Участок	Значение коэффициентов при t=700 сут.
K1 (В, %)	K2 (В, %)
1	1	-
2	1	-
3	1	-
4	3	8
5	3	2
6	2	3
7	3	1

Представляет интерес динамика развития отражённых трещин во времени в зависимости от удельного расхода рулонного материала (рис.1).

В начальный период образования отражённых трещин (t=180…200 сут.) лучшие показатели трещиностойкости на секциях 5 (γ=0,06 м/м2, а=0,7; g=252 г/м2; h=7 см – прослойка из геотекстиля) и 7 (γ=0,061 м/м2, а=1; g=400 г/м2; h=7 см – прослойка из сетки Hatelit). Аналогичный характер трещинообразования наблюдается и для коэффициентов эффективности К1 (рис.2).

Однако если в начальный период времени (t=200 сут.) имела место тенденция снижения удельной длины трещин γ (увеличения коэффициента эффективности К1), то с течением времени (t=700 сут.) эта тенденция замедлилась.

Рост трещин на опытных участках иллюстрирует рис.3. Так, удельная длина отражённых трещин при изменении времени с 200 до 700 сут. на секциях 5 и 7 увеличилась более, чем в 3-4 раза, но количество трещин на четырёх секциях с ТПП меньше, чем на контрольной.

Таким образом, с течением времени эффект трещинообразования несколько снижается, что, по-видимому, связано с влиянием транспортной нагрузки. Количество отражённых трещин на более грузонапряжённом (Московском) направлении больше, чем на менее напряжённом (Брестском) (табл.3).

Из таблицы 3 видно, что после первой зимы влияние грузонапряжённости на развитие отражённых трещин наиболее ощутимо (коэффициент роста показателя трещиностойкости 2,00), далее процесс выравнивается и стабилизируется, но через год этот коэффициент возрос до 1,36.

Данные измерения прогибов на цементобетонном покрытии до устройства асфальтобетонного покрытия и после показывают, что отражённые трещины возникают, как правило, в местах наибольших прогибов покрытия. При этом прогибы достигают относительно больших значений (0,28 мм), сопоставимых с прогибами нежёстких дорожных одежд.

Таблица 3.

Продолжительность наблюдений, сутки	Отношение показателей трещиностойкости для Московского Брестского направлений
170	2,00
220	1,10
460	1,36

Таким образом, по результатам проведённых наблюдений за опытными участками можно сделать вывод, о целесообразности применения геотекстиля и стеклосеток в качестве трещинопрерывающих прослоек при реконструкции цементобетонных покрытий.