CC BY
20Горшкова Н.Г., канд. техн. наук, проф., Шухов В.И., канд. техн. наук, проф. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
КОЛЕЕОБРАЗОВАНИЕ АСФАЛЬТОБЕТОННОГО ПОКРЫТИЯ В БЕЛГОРОДЕ
Известно, что колея в асфальтобетонных покрытиях образуется в результате интенсивного движения транспортных средств, при высокой температуре воздуха и покрытия летом, при повышенной влажности грунтов земляного полотна весной, недостаточной сдвигоустойчивости слоев асфальтобетонного покрытия или основания, а также грунтов активной зоны земляного полотна. При этом происходит истирание верхнего слоя покрытия в полосе наката, доуплотнение или переуплотнение слоев дорожной одежды (с разрушением щебня или без него), отслаивание или выкрашивание верхнего слоя, пластическое деформирование слоев дорожной одежды [1].
Ключевые слова: колеееобразование, усиление дорожных одежд, устранение колейности, физико-механические характеристики асфальтобетонной смеси.
Особенно сильно эти факторы проявляются на городских дорогах в местах разгона-торможения транспортных средств: на перекрестках, в местах остановок общественного транспорта. Так, в г. Белгороде через три года после реконструкции на одной из центральных улиц (ул. Преображенской) появилась колейность перед перекрестками. Нами были проведены исследования по выявлению причин образования колей по ул. Преображенской у перекрестков с улицами: Белгородского полка, Кн. Трубецкого, Н. Чумичова, Попова, Б. Хмельницкого. Для этого был проведен анализ проектных решений по расчету дорожной одежды, определены параметры колей, оценено эксплуатационное состояние покрытия по глубине колеи и установлены физико-механические свойства асфальтобетона дорожного покрытия [2].
Колейность на проезжей части ул. Преображенской образовалась в местах усиления существующей дорожной одежды (в соответствии с рабочим проектом [3]) двухслойным асфальтобетоном: верхний слой покрытия из горячей плотной мелкозернистой смеси типа Б I марки толщиной 0,06 м; нижний слой покрытия из горячей пористой крупнозернистой асфальтобетонной смеси типа Б I марки толщиной 0,08м; выравнивающий слой из пористой крупнозернистой асфальтобетонной смеси I марки переменной толщины; ямочный ремонт покрытия крупнозернистой асфальтобетонной смесью при глубине выбоин до 0,05м и ямочностью 5%. Однако правильность конструирования и расчета дорожной одежды на полосе усиления вызывает сомнение, так как модуль упругости существующей дорожной одежды по методике [1] не определялся. На уширении проезжей части, где устроена новая дорожная одежда, колейность отсутствует, не смотря на то, что именно на этой полосе движе-
ния устроены остановочные пункты общественного пассажирского транспорта: автобусов и троллейбусов.
Измерение глубины внешней колеи проводилось по упрощенной методике в пяти створах, согласно Рекомендациям [4]. Укороченную рейку укладывали на проезжую часть с перекрытием измеряемой колеи и брали один отсчет в точке, соответствующей наибольшему углублению колеи, в каждом створе по измерительному щупу. Количество створов измерения и расстояния между ними принимали в зависимости от длины колей на самостоятельных участках у пересекаемых улиц. По каждому измерительному участку была определена расчетная глубина колеи. Для этого анализировались результаты измерений в пяти створах измерительного участка, отбрасывалась самая большая величина, а следующая за ней величина глубины колеи в убывающем ряде принималась за расчетную на данном измерительном участке. Ведомость измерения расчетной глубины колеи приведена в таблице 1.
В результате анализа установлено, что на рассматриваемых участках улицы наряду с инструментальным обследованием необходим отбор проб асфальтобетонного покрытия.
Полученные расчетные значения параметров и глубины колеи были сопоставлены по методике [1] с их допустимыми и предельно допустимыми величинами, значения которых определены из условия обеспечения безопасности движения автомобиля на мокром покрытии со скоростью не ниже расчетной на 25% для допустимой глубины колеи и на 50% для предельно допустимой глубины колеи, а также с учетом влияния колеи на условия покрытия от снежных отложений и борьбы с зимней скользкостью. Результаты оценки эксплуатационного состояния дороги по глубине колеи приведены в таблице 2.
Таблица 1
Расчетная глубина внешних колей на измерительных участках_
№ участка Расчетная глубина колеи, мм Средняя расчетная глубина колеи, мм (средневзвешенная) Необходимость в инструментальном обследовании
1 51 Необходим отбор проб
2 18 Необходим отбор проб
3 49 33,5 Необходим отбор проб
4 41 Необходим отбор проб
5 11 Необходим отбор проб
Таблица 2
Эксплуатационное состояние дороги по глубине колеи_
№ участка Расчетная глубина колеи, мм Допустимая глубина колеи, мм Предельно-допустимая глубина колеи, мм Степень опасности участка
1 51 30 35 Опасный для движения
2 18 30 35 Неопасный для движения
3 49 30 35 Опасный для движения
4 41 30 35 Опасный для движения
5 11 30 35 Неопасный для движения
Анализ показал, что участки городской дороги по ул. Преображенской у пересечений с улицами Белгородского полка, Н. Чумичова, Попова имеют глубину колеи больше предельно-допустимого значения, относятся к опасным для движения транспортных средств и требуют немедленного проведения работ по устранению колей. На остальных участках улицы (у перекрестков с улицами Кн. Трубецкого и Б. Хмельницкого) глубина колей меньше предельно допустимого значения и на них достаточно установить систематическое наблюдение за динамикой развития с целью своевременного проведения ремонтных работ.
При отборе проб из асфальтобетонного покрытия выявлен поверхностный характер колей в покрытии без деформаций основания. При этом в вырубках не просматривается двухслойное асфальтобетонное покрытие из крупнозернистого и мелкозернистого асфальтобетонов, как это предусмотрено рабочим проектом [3], а на всю толщину покрытия уложен только мелкозернистый асфальтобетон толщиной слоя 12,5...15см. Вырубки из покрытия были взяты с целью определения физико-механических свойств асфальтобетонной смеси и асфальтобетона в соответствии с ГОСТ 9128-97 [5]. Отбор проб асфальтобетона из покрытия, испытания вырубок и переформованных образцов производились в соответствии с ГОСТ 12801-98 [6]. Номера испытанных образцов соответствуют номерам вырубок.
Определялись физико-механические показатели, коэффициент уплотнения, содержание вяжущего материала в смеси путем экстрагирования. После экстрагирования был определен зер-
новой состав минеральной части асфальтобетонной смеси. Результаты физико-механических характеристик переформованных образцов свидетельствуют о том, что прочность всех образцов при 20°С (Я20) соответствует требованием ГОСТ 9128-97[5], прочность образцов № 2,3,5,6 при 50°С (К50) ниже нормы, прочность всех образцов при 0°С (Яо) значительно выше нормативных показателей (см. табл. 3). Коэффициент водостойкости всех образцов (Кв) приближается к 1. Коэффициент уплотнения асфальтобетонной смеси (Ку) высокий (0,99-1,00). Водонасы-щение вырубок и переформованных образцов колеблется от 0,16 до 1,4, что меньше нижней границы допускаемых ГОСТ значений.
Анализ представленных результатов позволяет предположить, что в составе асфальтобетонной смеси содержится избыточное количество битума. Об этом свидетельствуют высокие показатели пределов прочности при сжатии при 0°С, низкие значения водонасыщения вырубок и переформованных образцов. Таким образом, результаты испытаний свидетельствуют о неправильно подобранном составе асфальтобетонной смеси:
- во-первых, по количеству щебня смесь не соответствует требованиям ГОСТ 9128-97 ни одному из типов. Количество щебня, как минимум, на 20% ниже, чем допустимо в асфальтобетонной смеси типа Б в соответствии с требованиями ГОСТ 9128-97;
- во-вторых, содержание битума значительно превышает рекомендованное ГОСТ 9128-97 количество.
Таблица 3
Физико-механические характеристики асфальтобетонных вырубок_
Наименование показателей Требования НД (для Типа Б II марки IIIДКЗ) Номер вырубки
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
R20, МПа не менее 2,2 4Д 3,9 4,4 5,0 4,3 5,2 5,0 4,8 4,0 3,9 5,0 3,6 3,6 3,9 4,1 3,8
R50, МПа не менее 1,0 1,2 1,0 1,1 1,2 1,0 1,0 1,0 1Д 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,1 1,2 1,2
Ro, МПа не более 12,0 16,7 17,1 15,9 15,8 16,9 17,0 16,8 15,9 15,5 16,0 16,8 15,9 15,6 15,0 16,1 15,1
Водостойкость Кв не менее 0,85 0,99 1,00 0,99 0,84 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Ку не менее 0,99 1,00 1,00 0,99 1,0 1,00 1,00 1,00 1,00 0,99 1,00 1,00 1,00 0,99 0,99 0,99 0,99
Водонасыщение вьфубки, % по объему не более 4,5 0,7 0,6 0,7 0,76 1,4 0,73 0,9 0,7 1,4 1,3 1,0 1,9 1,8 1,1 1,4 1,2
Водонасыщение переформованных образцов, % по объему 1,5-4,0 0,16 0,48 0,22 1Д 1,2 0,77 0,76 0,6 0,9 0,95 0,68 1,0 1,2 0,98 0,9 0,89
Набухание вырубок, % по объему - 0,44 0,12 0,21 0,13 0,40 0,29 0,47 0,51 0,20 0,18 0,21 0,48 0,50 0,41 0,21 0,30
Набухание переформованных образцов, % по объему - 0,07 0,70 0,14 0,40 0,26 0,13 0,25 0,63 0,16 0,20 0,30 0,15 0,12 0,25 0,05 0,13
В результате полученный асфальтобетон имеет высокую плотность, низкое водонасыще-ние, высокую прочность при температуре 0°, низкую прочность при температуре 50°С, что является причиной его недостаточной сдвиго-устойчивости и приводит к колееобразованию.
Выводы:
1. Наши проектные организации в проектах реконструкции дорог рассчитывают усиление дорожных одежд без измерения фактического модуля упругости существующей дорожной одежды, что является неправильным. Хотя это и не их вина, так как заказчик должен предоставлять исполнителю все необходимые исходные данные.
2. Основной причиной образования колей на рассматриваемых участках дорог является несоответствие состава уложенного асфальтобетона рекомендованному проектом (тип Б), содержание щебня значительно ниже допустимого, количество битума выше нормы, предусмотренной требованиями ГОСТ.
3. Учитывая, что перед перекрестками автомобили совершают торможение, а после перекрестка - разгон, что вызывает сдвиговые напряжения в асфальтобетоне, на таких участках необходимо предусматривать в верхнем слое покрытия сдвигоустойчивый асфальтобетон, подбирая его состав отвечающим повышенным требованиям по сдвигоустойчивости (применение многощебенистого асфальтобетона типа А, ЩМА, применение вместо битума битумополи-мерного вяжущего и др.) [7]. Рекомендуется также на таких участках армировать покрытие путем устройства прослоек из синтетических материалов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ОДН 218.052-2002. «Оценка прочности нежестких дорожных одежд» / Государственная служба дорожного хозяйства Министерства Российской Федерации, введ. с 19.11.2002 г.
2. Отчет по научно-исследовательской работе «Исследование причин колееобразования на участках городских дорог г. Белгорода и разработка рекомендаций по их устранению». - г. Белгород, 2008 - 69 с.
3. Рабочий проект на реконструкцию ул. Преображенской на участок от проспекта Б.Хмельницкого до ул. Вокзальной в г. Белгороде. Том 1 - г. Белгород: ОГУП «Белгородоблпроект», 2004.
4. Рекомендации по выявлению и устранению колей на нежестких дорожных одеждах / Министерство транспорта Российской Федерации. - М.: Ин-формавтодор, 2002 - 180 с.
5. ГОСТ 9128-97. «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон», введ. с 01.01.1999 г.
6. ГОСТ 12801-98. «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Метода испытаний», введ. с 01.01.1998 г.
7. Горшкова, Н.Г. Устройство покрытий из ще-беночно-мастичных асфальтобетонов как основное мероприятие предупреждения колееобразования / Н.Г. Горшкова, А.С. Тарасенко, // Проблемы автомобильно-дорожного комплекса России: материалы V международной научно-технической конференции -Пенза: ПГУАС, 2008. - Ч.1. - С. 323-326.
Данная научно-исследовательская работа выполнена по заказу Муниципального учреждения Управление капитального строительства администрации г. Белгорода на основании муниципального контракта № 01-08-ПР (№ 11/08).
