22.1. Способы реконструкции дорожных одежд

В тех случаях, когда ось существующей дороги совпадает с проектной осью этой дороги после реконструкции, а красные отметки практически не требуют изменения, возможны различные варианты перестройки дорожной одежды, выбор которых осуществляют на основе технико-экономических соображений.

Указанные варианты включают следующие работы:

а) полную разборку существующей дорожной одежды с использованием полученного материала при строительстве новой дорожной одежды, укреплении обочин, строительстве объездных дорог, подъездов и т.д.

Полная разборка дороги производится в тех случаях, когда под воздействием движения и погодно-климатических факторов ее износ и разрушение таковы, что использование существующей одежды в основании реконструируемой дорожной одежды технически нецелесообразно (коэффициент прочности существующей дорожной одежды К_пр менее допустимого; дренирующий слой не способен выполнять свои функции вследствие заиливания или разрушения, на дорожной одежде наблюдаются частые проломы, составляющие более 3 % ее площади).

Полная разборка старой дорожной одежды производится и в том случае, когда намечается существенно увеличить высоту насыпи или углубить выемку;

б) разрушение существующей дорожной одежды, особенно слоев из монолитных материалов, и использование ее в качестве верхнего слоя основания. В этом случае увеличивается вероятность предотвращения возможности появления отраженных трещин в верхних слоях (трещины, повторяющие существующие в старом покрытии).

Такой способ реконструкции применяют, когда существующая дорожная одежда включает слои из цементобетона различных типов или материалов, укрепленных значительными дозами цемента и сохранивших в достаточной степени свою монолитность, но существенно снизивших ровность поверхности одежды, изобилующей трещинами и другими подобными деформациями. Отдельные блоки разрушенного слоя не должны превышать 0,5 м.

Асфальтобетонное покрытие в таких случаях на всю или большую часть толщины снимают способом холодного фрезерования, в дальнейшем его используют на асфальтобетонном заводе в качестве добавки для производства новой асфальтобетонной смеси. Возможно применение продукта фрезерования для укрепления обочин.

Разрушенный слой основания перед укладкой верхнего слоя должен быть тщательно уплотнен. Такой способ реконструкции дорожной одежды был применен на магистрали МКАД - аэропорт Домодедово, где ранее построенное цементобетонное покрытие было в процессе эксплуатации перекрыто асфальтобетоном значительной толщины. Через несколько лет после перекрытия на асфальтобетонном покрытии появилось значительное количество отраженных и других трещин, существенно снизилась ровность покрытия, что привело к необходимости реконструкции. В процессе реконструкции существующие слои из асфальтобетона были сняты холодным фрезерованием. Нижележащий цементобетон разрушен и уплотнен виброкатками. Затем уложены слои асфальтобетона общей толщиной до 18 см;

в) разрушение существующей дорожной одежды, ее уширение и усиление новым материалом с укладкой соответствующих верхних слоев;

г) сохранение существующей дорожной одежды, ее ямочный ремонт либо горячая, холодная или комбинированная регенерация асфальтобетонного покрытия с последующей укладкой слоя усиления. Для предотвращения появления отраженных трещин возможно применение синтетической сетки. Такой способ реконструкции технико-экономически целесообразен при коэффициенте прочности существующей дорожной одежды более 0,8 и состоянии покрытия, допускающем проведение соответствующего ремонта;

д) сохранение существующей дорожной одежды, ее уширение, ямочный ремонт, горячая, холодная или комбинированная регенерация, при необходимости укладка синтетической сетки и устройство слоя усиления. Данный случай аналогичен указанному в п. «г», но при недостаточной ширине проезжей части.

При существующем переходном покрытии из щебня или гравийного материала его рыхлят на глубину имеющих место выбоин, профилируют и уплотняют. Затем укладывают слои усиления в виде усовершенствованного покрытия. Для рыхления и профилирования может быть использован автогрейдер с навесным кирковщиком, для уплотнения - самоходные катки на пневмошинах или комбинированные.

При реконструкции дорог старую дорожную одежду можно использовать различными способами. Самый простой из них и наиболее удобный для строителей состоит в усилении старой дорожной одежды без ее уширения.

Однако практически реконструкция дорог всегда включает в себя уширение земляного полотна и проезжей части. Поэтому использование старой дорожной одежды при необходимости ее уширения - наиболее часто встречающийся вариант, решение которого тесно связано с принятым способом уширения земляного полотна. Одностороннее уширение проезжей части с той же стороны, с которой проведено уширение земляного полотна, усложняет работы, так как вызывает смещение оси проезжей части, делает необходимым несимметричное усиление дорожной одежды и связано с некоторым перерасходом материалов при создании нового поперечного профиля. Поэтому во многих случаях даже при одностороннем уширении земляного полотна сохраняют ось проезжей части неизменной. Уширение проезжей части, особенно если оно небольшое, выполняют симметрично с двух сторон, пренебрегая в целях облегчения строительных работ некоторым различием обочин по ширине. При уширении учитывают необходимость размещения и строительства с каждой стороны проезжей части краевых полос шириной по 0,75 м на дорогах I и II категорий и по 0,5 м на дорогах III категории.

В большинстве случаев при реконструкции не удается ограничиться только уширением и усилением проезжей части. На отдельных участках приходится смягчать продольные уклоны или выравнивать пилообразную проектную линию, что вызывает необходимость поднятия рабочих отметок над существующей дорогой на большую величину, чем необходимая толщина усиления одежды.

Часто упрощают производство работ и строят новую дорожную одежду на «погребенной» старой. При тяжелых грунтовых условиях и неблагоприятном водно-тепловом режиме земляного полотна старая дорожная одежда может улучшать водно-тепловой режим, играя роль морозоустойчивого и паронепроницаемого слоя.

В районах с недостатком местных каменных материалов и при тщательном технико-экономическом обосновании организации строительства должны быть рассмотрены варианты применения материалов старой дорожной одежды в конструкциях новой дороги, их использования на других объектах или даже передачи или продажи местным организациям. Последнее решение иногда является вынужденным, когда при изменении трассы старой дороги в плане ее оставшиеся в стороне участки подлежат разборке, а занятая ею полоса земли - рекультивации.

Различные варианты использования дорожных одежд сведены в табл. 22.1, руководствуясь которой можно выбирать наиболее рациональный способ реконструкции.

Таблица 22.1.

Возможные варианты использования старой дорожной одежды при реконструкции

Примечание. Условные обозначения: С - решение принимают по соображениям организации работ; Э - решение принимают на основе технико-экономических расчетов; П - решение принимают на основе расчетов прочности дорожной одежды; Н - использование нецелесообразно

Расчет величины усиления дорожной одежды. При реконструкции дорог обычно производят усиление дорожной одежды. Это наиболее частый вид реконструкции.

Усиление существующей дорожной одежды должно обеспечивать общую ее прочность, соответствующую требованиям перспективного движения в конце срока службы усиленной одежды. Срок службы должен соответствовать требованиям Технических правил ремонта и содержания автомобильных дорог: ВСН 24-88. При капитальном типе покрытия на дорогах I категории этот срок Т_сл в зависимости от дорожно-климатической зоны и уровня надежности составляет 14-20 лет (большие значения для южных районов страны и меньшего уровня надежности). На дорогах II и III категории соответственно Т_сл = 11-16 лет. При облегченном типе покрытия на дорогах III категории Т_сл = 10-15 лет, а на дорогах IV и V категорий Т_сл = 8-12 лет.

Основанием для назначения толщины слоя усиления должны быть результаты диагностики и оценки состояния автомобильных дорог, проводимых в соответствии с правилами диагностики по ОДН 218.0.006-2002.

Для определения перспективной интенсивности движения к концу срока службы дорожной одежды могут быть рекомендованы следующие формулы:

в случае роста интенсивности движения по геометрической профессии

N_т = N_н×(l + q)^т-1, (22.1)

в случае роста интенсивности движения по линейной зависимости

N_т = N_н×[l + q×(T - l)], где (22.2)

N_т - интенсивность движения в год Т, который принимают равным сроку службы Т_сл дорожной одежды, авт./сут;

N_н - начальная интенсивность движения, соответствующая году сдачи реконструированной дороги в эксплуатацию, авт./сут;

q - расчетный показатель ежегодного прироста интенсивности движения, определяемый как средний годовой прирост по данным измерения фактической интенсивности движения за ряд предыдущих лет (измеряется в относительных величинах), в случае снижения интенсивности движения величина q является отрицательной.

Перспективная интенсивность движения должна быть приведена к расчетной нагрузке.

По данным оценки прочности существующей дорожной одежды вычисляют средний фактический модуль упругости Е_ф.ср, по однообразным участкам (участки, имеющие одинаковые грунт земляного полотна, конструкцию дорожной одежды, расчетную схему увлажнения по СНиП 2.05.02-85, интенсивность движения, приведенную к расчетной нагрузке).

В случае расчета слоя усиления исходя из величины Е_ф.ср, уровень надежности усиленной конструкции будет равен 0,5. С целью повышения уровня надежности в соответствии с ОДН 218.0.006-2002 рекомендуется вычислять оптимизированный расчетный модуль упругости дорожной одежды Е_о.р по формуле, приведенной в ВСН 6-90

Е_о.р = Е_ф.ср×(1 - в_EС_Е), где (22.3)

Е_ф.ср - фактический средний модуль упругости, МПа;

в_Е - коэффициент гарантийной вероятности, оптимизирующий величину среднего фактического модуля и зависящий от типа дорожной одежды, интенсивности и состава движения, фактической и требуемой прочности, однородности по прочности;

С_Е - коэффициент вариации фактических модулей упругости дорожной одежды.

Исследования, выполненные на кафедре строительства и эксплуатации дорог МАДИ (ГТУ), позволили рекомендовать для определения требуемого модуля упругости дорожной одежды нежесткого типа формулу, которая более полно учитывает проблему обеспечения работоспособности дорожной одежды за счет ограничения снижения ровности и соответственно скорости движения допустимыми пределами [48]:

где (22.4)

- коэффициент, учитывающий характер движения автомобилей (при суммарном движении расчетных автомобилей по одной полосе за срок службы, изменяющемся в пределах от 5×10⁴ авт. до 10⁷ авт., величина изменяется в пределах 1,06-1,18);

К_о - поправочный коэффициент, учитывающий влияние типа дорожной одежды (при капитальном типе К_о = 1; при облегченном Ко = 0.9);

α - соотношение показателей конечной и начальной ровности дорожной одежды, соответствующее снижению максимальной скорости движения одиночного легкового автомобиля в допустимых пределах (в случае допустимого снижения скорости на 40 % = 2.9);

- суммарная интенсивность движения расчетных автомобилей за расчетный срок.

Введение суммарного движения расчетных автомобилей в формулу 22.4 связано с тем, что процесс снижения ровности дорожной одежды происходит главным образом за счет накопления остаточных деформаций под влиянием общего количества повторяющихся автомобильных нагрузок.

Для вычисления требуемого расчетного модуля упругости с необходимым уровнем надежности применяют формулу:

Е_тр.р = Е_тр×(1+t×С_ЕО) = Е_тр×К_E, где (22.5)

t - коэффициент нормированного отклонения, соответствующий заданному уровню надежности (для дорог I и II категорий рекомендуется коэффициент надежности 0,95 - t = 1,64; для дорог III категории 0,90 - t = 1,28; для дорог IV категории 0,85 - t = 1,04; для дорог V категории 0,6 - t = 0,25);

С_ЕО - коэффициент вариации ожидаемого модуля упругости дорожной одежды, зависящий от вероятности дефектов в слоях дорожной одежды и земляного полотна (для дорожных одежд капитального типа С_ЕО = 0,18; для дорожных одежд облегченного типа С_ЕО = 0,20);

К_E - коэффициент, учитывающий необходимый уровень надежности конструкции дорожной одежды в зависимости от вероятности дефектов в слоях дорожной одежды и земляном полотне. (К_E = 1 + t×С_EO, при капитальной дорожной одежде для дорог I-IV категорий К_Е = 1,30-1,19; при облегченной одежде для дорог II-V категорий K_E = 1,33-1,05; при переходной одежде для дорог III-V категорий K_E = 1,32-1,06).

Суммарное движение за срок службы дорожной одежды, приведенное к расчетной нагрузке N_р.с, вычисляют по формуле

где (22.6)

f_пол - коэффициент, учитывающий распределение автомобилей по полосам движения, аналогичный такому же коэффициенту в ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд;

N_ci - суммарное количество проходов i-го типа, авт.;

S_ci - суммарный коэффициент приведения к расчетной нагрузке воздействия на дорожную одежду транспортного средства i-го типа;

n - число типов автомобиля;

К_U - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (при капитальной одежде на дорогах II-IV категорий К_U = 1,49-1,31, при облегченной одежде для дорог II-V категорий К_U = 1,47-1,06; при переходной одежде для дорог III-V категорий K_U = 1,19-1,04).

Н_ci = N_il×K_c×T_Р.ДН×К_пу, где (22.7)

N_il - суточная интенсивность движения автомобилей i-го типа в первый год службы автомобильной дороги, авт./сут;

К_с - коэффициент суммирования, зависящий от срока службы дорожной одежды Т_сл (годы) и показателя изменения интенсивности движения автомобилей данного типа по годам q_i, (при распространенном расчетном сроке службы капитальных дорожных одежд Т_сл = 15 лет и величине q_i, меняющейся в пределах 0,95-1,05, значение К_c находится в пределах 11 - 12. Величина К_с с уменьшением q_i снижается, а с увеличением q_i возрастает);

T_Р.ДН - количество расчетных дней в году, учитывающее различные условия накопления остаточных деформаций в разные периоды года и зависящее от дорожно-климатических условий (по данным проведенных исследований, в зависимости от дорожно-климатической зоны и типа местности по условиям увлажнения T_Р.ДН может лежать в пределах 60-140 сут.);

К_пу - коэффициент поперечной установки автомобиля, который учитывает неточное попадание последовательно движущихся автомобилей в один след, что несколько снижает активность воздействия автомобильной нагрузки (в среднем К_пу = 0,7).

В процессе расчета слоев усиления необходимо учитывать, что материал этих слоев не должен быть по качеству ниже, чем материал существующего покрытия. Например, при асфальтобетонном покрытии слой усиления должен быть также из асфальтобетона.