Проблемы и способы устройства дорожных покрытий на слабых основаниях

Одним из объектов градостроительного проектирования являются дорожные конструкции, образующие среду жизнедеятельности на различных территориальных уровнях. Возведение дорожных покрытий возможно на новых и реконструируемых участках. Проблемами дорожных покрытий являются недостаточная трещиностойкость, не устойчивость к температурным колебаниям, быстрый износ и, как следствие, низкий срок службы дорожных конструкций. В этой связи актуальным представляется использование современных материалов при возведении дорог. Целью данного исследования является обоснование способов устройства дорожных покрытий на слабых основаниях.

Действительно, при реконструкции и прокладывании новых дорог, необходимым является решение вопросов повышения технических параметров и характеристик дорожных конструкций. При разработке проектного решения определяют целесообразность использования тех или иных материалов в составе дорожных одежд для усиления конструкций, в сочетании с экономией финансовых и материальных ресурсов в ходе дальнейшего строительства и эксплуатации дорог [1].

Качество и срок службы автодорог во много определяются природноклиматическими особенностями территорий их размещения, влаготемпературными характеристиками, строением и типом почв, служащих основой для дорожно-климатического районирования территорий, регламентирующего проектирование дорожных одежд [2].

При этом некоторые исследователи отмечают неоднородности внутри одного дорожно-климатического района, отличия во влагонакоплении, прочностных характеристиках и деформируемости грунтов, что требует индивидуальных разработок набора материалов и технологий строительства на реконструируемых и вновь осваиваемых участках. Основной проблемой при проектировании дорожных покрытий остается необходимость принятия в расчет инженерно-геологических особенностей участков со специфическими грунтами, такими как засоленные, мерзлые, техногенные, просадочные, набухающие, слабые [3].

Традиционно, при возведении дорожных конструкций на слабых основаниях предусматривают ряд операций, включающих удаление и замену слабого грунта; оставление слабого грунта в основании насыпи, с введением дополнительных мероприятий по повышению устойчивости основания и прочности дорожной конструкции; организацию прохождения дороги в виде эстакады. В таких случаях основание проектируется в совокупности со всей дорожной одеждой с учетом заданной устойчивости, стабильности и прочности конструкции.

Методы укрепления слабых оснований могут быть конструктивными (организация дополнительных песчаных/грунтовых подушек, шпунтовых ограждений) и механическими (поверхностное, глубинное, гидрологическое уплотнение). Однако, данные работы требуют существенных затрат времени, привлечения специальной техники и рабочих, а дополнительные конструктивные решения снижают экономическую эффективность дорожных проектов. Основной задачей использования современных материалов составе дорожных одежд на слабых основаниях является снижение ресурсо-, энергозатратности процессов возведения и реконструкции дорог, при достижении заданных параметров надежности конструкций и экономической эффективности строительных проектов.

Сегодня для обеспечения долговечности дорожных покрытий на слабых основаниях активно применяются геосинтетические материалы (ГМ) в составе дорожных одежд. ГМ представляют собой широкую группу материалов из органического или минерального сырья, используемых в транспортном, гражданском и гидротехническом строительстве. В зависимости от особенностей сырья и технологии производства ГМ могут выполнять функции армирования, дренажа, защиты, фильтрации, гидро- и теплоизоляции. Предлагаемые на рынке строительных материалов ГМ могут быть в виде геотекстиля, геосетки, георешетки, геокомпозита, геомембраны, геооболочки, геоплиты и др. [4].

В практическом использовании дорог основа дорожной одежды переводит силовой потенциал в грунт, обеспечивая амортизационный эффект и снижение напряжения от воздействия транспорта. Однако в случае дорожных покрытий на слабых основаниях этот принцип нарушается, что приводит к шелушению, выкрашиванию, выбоинам, выдавливанию грунта на поверхность, проломам и др. В этом случае устройство ГМ в основании дорожных одежд играет роль армирующего слоя, одновременно распределяющего и поглощающего силовые воздействия. Одновременно, в этих слоях могут применяться геотекстили, выполняющие функции не столько механической защиты, сколько задачи фильтрации, дренирования и гидроизоляции [5].

Внешнее покрытие дорожной конструкции выполняет функции приема и распределения воздействующих нагрузок и климатической защиты, что обеспечивается многослойностью покрытия, где геотекстиль и геосетки могут применяться для повышения устойчивости к трещинам.

Кроме того, на слабых основаниях возможна организация защитных прослоек из ГМ, с заключением части насыпи в «обойму» для повышенного армирования. Некоторые конструктивные решения возведения дорог на слабых основаниях представлены на рисунке.

Рисунок - Схемы возведении насыпей на слабом основании: а, б -защитные слои из ГМ, в, г - защитно-армирующие слои из ГМ; 1 -ГМ; 2 -насыпь; 3 - слабый грунт; 4 -насыпь из торфа [4]

Создание защитно-армирующих слоев из ГМ при возведении дорог на слабых основаниях возможно под несущим слоем основания дорожной одежды (щебеня, гравия, шлака), где применяют полимерные геосетки с высокой механической прочностью и модулем деформации, необходимой для перераспределения напряжений, действующих от временной автомобильной нагрузки. В слоях дорожного покрытия из различных асфальтобетонов делаются прослойки из нетканых ГМ для повышения их температурной трещиностойкости и срока службы дорог.

Использование геотекстиля в основании, а стекловолоконной геосетки в верхних слоях дорожных одежд, позволило установить отсутствие на экспериментальных участках продольных трещин в покрытии и повышение расстояния между поперечными трещинами до 5 раз [6]. Преимуществами применения ГМ при возведении и реконструкции дорог также является относительно низкая стоимость материалов - до 300 рублей на м2. Дополнительный экономический эффект наблюдается за счет снижения толщины асфальтобетона до 20%, при армировании геосетками, а также за счет эффективности дорожных работ [7].

Таким образом, установлено разнообразие дорожно-климатических районов и отдельных участков, основывающееся на влаго-тепловом режиме и особенностях почв, влияющее на проектирование дорожных одежд. Представлены проблемы возведения дорог на слабых основаниях. В целях снижения трудоемкости и затратности процессов уплотнения или выемки грунтов предложено применение ГМ. Показано, что применение ГМ в основании и верхних слоях дорожных покрытий на слабом основании повышает трещиностойкость, механическую прочность, надежность, долговечность и экономичность дорожных конструкций.