Конструкция дорожной одежды на дороге с очень интенсивным движением

Автор 
  • размер шрифта уменьшить размер шрифта уменьшить размер шрифта увеличить размер шрифта увеличить размер шрифта

Необычные конструкции дорожной одежды были построены недавно в Калифорнии на междуштатном фривее I-710. Эта дорога является кратчайшим путем, соединяющим крупные порты Лонг-Бич и Лос-Анджелес с железнодорожными складами в г.Лос-Анджелесе, и поэтому движение на ней считается самым тяжелым в штате Калифорния.

 

Старая дорожная одежда, прослужившая 50 лет, состояла из щебеночного основания толщиной 30 см; щебня, укрепленного цементом, толщиной 10 см и цементобетонного покрытия толщиной 20 см с деформационными швами без стальных стержней в швах сжатия. В последние 5 лет интенсивность движения резко возросла. Она составляет 164 тыс. автомобилей в сутки в рабочие дни недели и 122 тыс. автомобилей по выходным (при этом доля тяжелых грузовых автомобилей и автопоездов составляет 13%). Старое покрытие имело многочисленные поперечные, продольные и угловые трещины и сделалось неровным. Потребовалось реконструировать шестиполосный участок протяженностью 4,4 км (всего 26,4 км проезжей части).

Предложения по конструкции дорожной одежды и технологии строительства разрабатывала группа специалистов из Калифорнийского университета в г.Беркли под руководством проф.К.Монисмита. Калифорнийский департамент транспорта сформулировал задачу следующим образом:

1. Технология строительства должна быть такой, чтобы продолжительность перерывов в эксплуатации дороги была минимальной, в связи с этим она должна иметь асфальтобетонное покрытие.

2. Конструкция должна удовлетворять высоким требованиям к ровности, безопасности движения и уровню транспортного шума.

3. В течение по крайней мере 30 лет ремонтные мероприятия должны затрагивать только верхний тонкий слой.

Реконструируемый участок состоял из двух отрезков (оба по 6 полос, по 3 полосы в каждом направлении). На одном из них протяжением 2,8 км геометрические элементы дороги допускали повышение отметки поверхности покрытия (здесь старую дорожную одежду не удаляли, а устраивали новую поверх нее). На другом участке протяжением 1,6 км отметку покрытия нельзя было повысить и старую дорожную одежду следовало удалять.

Расчетное число проездов за проектный период 30 лет составило 200 млн. осей, приведенных к нагрузке 82 кН. Это равноценно примерно 85 млн. 10-тонных (100 кН) осей, принятых за расчетную нагрузку в России.

 

 

Рис. 1. Конструкции дорожной одежды на фривее I-710.

На участке протяженностью 1,6 км старую дорожную одежду разрушили и убрали, включая часть земляного полотна до глубины 62,5 см. Предложенная новая дорожная одежда (рис.1А) была детально рассчитана на основе теории слоистых систем. Вычислив напряжения в слоях, асфальтобетонные образцы подвергали испытаниям повторными нагрузками и прогнозировали поведение слоев в эксплуатации. Дорожная одежда необычная. Она включает:

Верхний слой покрытия из высокопористого дренирующего асфальтобетона на резинобитумном вяжущем толщиной 2,5 см.

Этот слой должен обеспечить высокие сцепные свойства покрытия и низкий уровень транспортного шума. Слой следует периодически заменять, в среднем для США – через 7–8 лет, на данном объекте можно ожидать около 5 лет.

Второй слой покрытия толщиной 7,5 см.

Он должен гарантировать высокое сопротивление накоплению остаточных деформаций. Для смеси выбран битум PBA-6A*, модифицированный полимером. После искусственного старения в тонкой пленке он характеризуется очень высокой вязкостью – при 60°С более 10000 Пуаз (1000 Па·с) и растяжимостью при 25°С не менее 60см. Асфальтобетонная смесь подобрана так, чтобы воздушная пористость составляла 7%.

Третий асфальтобетонный слой толщиной 15 см.

Играет ведущую роль в распределении давления от колеса на грунт земляного полотна. Для него выбран тоже весьма вязкий битум марки AR-8000, имеющий при 60 °С вязкость 8000±2000 Пуаз после искусственного старения в тонкой пленке при растяжимости не менее 75 см. Пористость асфальтобетона – 7%.

Четвертый (нижний) асфальтобетонный слой толщиной 7,5 см.

Изготовлен на том же битуме марки AR-8000 из плотной смеси (пористость 3%). Нужен, чтобы лучше воспринимать растягивающие напряжения и противостоять усталости при действии повторных нагрузок. Именно поэтому этот слой содержит больше битума (5,2%), чем остальные, и имеет наименьшую пористость.

Таким образом, каждый слой играет вполне определенную роль. Материал второго слоя испытывали в лаборатории на сдвиг повторяющимися нагрузками при температуре 50°С , соответствующей глубине его расположения. Прогнозируемая глубина колеи через 30 лет – 12,5 мм. Материал нижнего слоя испытывали на усталость повторными нагрузками при напряжениях, ожидаемых от транспортных средств, и подобрали смесь так, чтобы в нем не возникали трещины.

Оригинальность конструкции состоит в том, что ее нижний слой содержит больше вяжущего, чем остальные слои. Заметим, впрочем, что такая же идея высказывалась в 1970–80 х в работах А.О.Салля, а также А. Е. Мерзликина и Б. С. Радовского и была реализована в России А.Е.Мерзликиным на участке кольцевой дороги в г.Казань при строительстве слоистого основания из цементогрунта.

На участке протяжением 2,8 км старое цементобетонное покрытие раскололи сбрасыванием стальной плиты, затем осадили тяжелым грузом, уложили для прерывания трещин прослойку из полимерной ткани, пропитанной битумом (с «защитным слоем» из

асфальтобетона под ней), а поверх нее устроили дорожную одежду общей толщиной 22,5 см на основе тщательного анализа ее напряженного состояния (рис. 1 Б).

Все работы были выполнены за 8 перерывов в движении по выходным дням. Каждый перерыв продолжался 55 часов с 10 вечера в пятницу до 5 часов утра в понедельник. Строительство участка обошлось в 19 млн. долл.

Прочитано 828 раз