Способ строительства автомобильной дороги

Изобретение по данной заявке относится к области строительства и может быть использовано в процессе проектирования и строительства автомобильных дорог в регионах, где циклы замерзания и оттаивания материала верхних слоев дорожной конструкции приводят к появлению так называемых низкотемпературных трещин, что снижает качество и уменьшает долговечность дороги.

Известны способы повышения долговечности асфальтобетонного покрытия путем использования деформационных швов, выполняющих роль температурных компенсаторов. Деформационные швы выполняют в направлении, перпендикулярном продольной оси дороги и заполняют термопластичной мастикой [Шестериков В.И. Деформационные швы в автодорожных мостах. М.: Транспорт, 1978, с. 7-9]. Однако в данных способах неэффективно используются ресурсы материалов, труда и времени на выполнение швов, поскольку расстояния между деформационными швами определяются с низкой точностью, вследствие чего расстояние между деформационными швами не соответствует совместному влиянию толщины асфальтобетонного слоя, коэффициента его сцепления с нижележащим слоем и отрицательных температур в регионе строительства дороги, что приводит к снижению качества дороги и к нерациональным затратам дорожно-строительных материалов.

Известно дорожное покрытие из фиброасфальтобетона по железобетонному основанию для федеральных и междугородных автодорог [Патент RU 157027. МПК Е01С 5/00 (2006.01). Опубликовано: 20.11.2015 Бюл. №32], состоящее из расположенных на уплотненном грунтовом основании слоя щебня толщиной 100-150 мм, песчаного слоя толщиной 50-70 мм, железобетонного слоя толщиной 200-250 мм и верхнего слоя на битумной связке толщиной 35-40 мм из фиброасфальтобетона с содержанием 9-10% волокон асбеста или древесины, с выполненной битумно-песчаной обработкой поверхности.

Однако данное дорожное покрытие [2] является экологически небезопасным, поскольку содержит волокна асбеста и недостаточно долговечным, поскольку содержит волокна древесины.

Известен способ устройства дорожного покрытия на подкладках [Патент RU 2648122. МПК Е01С 5/06 (2006.01) Е01С 11/04 (2006.01). Опубликовано: 22.03.2018. Бюл. №9], включающий укладку покрытия по подготовке из песка или из песчано-гравийной смеси, устраиваемой по грунтовому основанию (коренному грунту) или утрамбованной насыпи, и монтаж железобетонных подкладок в местах предусматриваемых температурных швов, называемых также деформационными швами.

Однако в данном способе [3] неэффективно используются ресурсы материалов, труда и времени на выполнение температурных швов, поскольку расстояния между деформационными швами определяются с низкой точностью, без учета совместного влияния толщины асфальтобетонного слоя, коэффициента его сцепления с нижележащим слоем при отрицательных температурах в регионе строительства дороги, что приводит к снижению качества дороги и к нерациональным затратам дорожно-строительных материалов. При определении расстояния между деформационными швами не учитывается влияние толщины асфальтобетонного слоя, коэффициента его сцепления с нижележащим слоем и значения отрицательных температур в регионе строительства дороги. Если расстояние между температурными швами больше необходимого при данных условиях, то в сегменте асфальтобетонного покрытия между данными швами появится низкотемпературные трещина, т.е. количество швов недостаточно и снижается качество дорожной конструкции. Если расстояние между швами меньше необходимого при тех же условиях, то в сегменте асфальтобетонного покрытия между деформационными швами низкотемпературные трещины не появляются, качество дороги не снижается, однако количество деформационных швов и подкладок в этом случае избыточно велико, что, соответственно, приводит к нерациональным затратам материалов, труда и времени на выполнение швов.

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа строительства автомобильной дороги является способ повышения долговечности асфальтового покрытия автомобильной дороги [Патент RU 2550710. МПК Е01С 11/02 (2006.01) Е01С 5/20 (2006.01), который принят в качестве прототипа. Опубликовано: 10.05.2015. Бюл. №13], согласно которому в асфальтовом слое на расстоянии 5-10 м друг от друга фрезеруют полости, промазывают их жидким битумом и укладывают в них ленты из эластично-упругого материала с образованием деформационных швов, полости выполняют шириной 10-30 мм и длиной, равной ширине асфальтового слоя, затем по ширине дороги поверх деформационных швов накатывают рулонное покрытие толщиной 10-15 мм из того же материала.

Однако в данном способе [4] не обеспечивается повышение долговечности асфальтобетонного покрытия с деформационными швами и уменьшение затрат дорожно-строительных материалов на выполнение данных деформационных швов, компенсирующих деформации асфальтобетона при изменении его температуры. Неэффективность использования ресурсов на выполнение швов объясняется тем, что расстояние между деформационными швами не соответствует совместному влиянию толщины асфальтобетонного слоя, коэффициента его сцепления с нижележащим слоем и отрицательных температур в регионе строительства дороги, что приводит к снижению качества дороги и к нерациональным затратам дорожно-строительных материалов.

Технический результат от применения предлагаемого способа строительства автомобильной дороги заключается в повышения долговечности асфальтобетонного покрытия с деформационными швами и в уменьшении затрат дорожно-строительных материалов на выполнение деформационных швов. Данный технический результат достигается за счет того, что в используемом способе строительства автомобильной дороги деформационные швы располагают друг от друга на расстоянии L_cr, которое определяют по формуле

где: L_cr - расстояние между деформационными швами (м);

Н - толщина асфальтобетонного слоя (м);

σ_t - прочность асфальтобетона на растяжение (Па) при наиболее низкой отрицательной температуре воздуха в регионе строительства дороги;

|Δt| - абсолютное значение наибольшего суточного перепада температуры воздуха (°С) в регионе строительства дороги в зимний и межсезонный периоды;

k - коэффициент сцепления асфальтобетонного слоя с нижележащим слоем, учитывающий трение и адгезию (Н/м³);

α - коэффициент линейного температурного расширения асфальтобетона (1/°С).

Техническая реализация способа строительства автомобильной дороги и ее функционирование. Техническая реализация предлагаемого способа строительства автомобильной дороги включает в себя стандартные технологические операции [ГОСТ 32867-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Организация строительства. Общие требования]: проектирование, геодезические работы по подготовке участка строительства, послойное формирование дорожного полотна из сыпучих материалов, послойное уплотнение, формирование асфальтобетонного слоя с деформационными швами [1, 5], которые ориентируют перпендикулярно продольной оси дороги. Отличительный признак предлагаемого способа строительства автомобильной дороги, обеспечивающий получение заявленного технического результата, заключается в том, что расстояние L_cr между деформационными швами определяют на стадии проектирования по формуле

где: L_cr - расстояние между деформационными швами (м);

Н - толщина асфальтобетонного слоя (м), может составлять 0,10 до 0,25 м в зависимости от интенсивности движения и массы транспортных средств;

σ_t - прочность асфальтобетона на растяжение (Па) при наиболее низкой отрицательной температуре воздуха в регионе строительства дороги, определяется в лабораторных условиях [6];

|Δt| - абсолютное значение наибольшего суточного перепада температуры воздуха (°С) в регионе строительства дороги в зимний и межсезонный периоды, определяется по данным строительной климатологии СП 131.13330.2012 [7];

k - коэффициент сцепления асфальтобетонного слоя с нижележащим слоем, учитывающий трение и адгезию (Н/м³), определяется экспериментально с использованием результатов испытаний на сдвиг [8]. Значение данного коэффициента зависит от гранулометрических характеристик нижележащего слоя, а также технологии строительства дороги и может находиться, например, в пределах от 10 до 500 МН/м³;

α - коэффициент линейного температурного расширения асфальтобетона (1/°С), определяется экспериментально, среднее значение данного коэффициента 2,5*10^-5 1/°С.

При положительной температуре асфальтобетон «размягчается», становится более пластичным, легко деформируется. Как следствие, трещины не образуются.

При отрицательных температурах асфальтобетон приобретает свойства хрупкого материала, в котором при низких температурах появляются так называемые низкотемпературные трещины. Уменьшить вероятность появления низкотемпературных трещин позволяют деформационные швы, которые выполняют перпендикулярно продольной оси дороги.

Получение заявленного технического результата достигается за счет того, что в предлагаемом способе строительства автомобильной дороги учитывается совместное влияние на данный результат комплекса перечисленных выше параметров верхнего слоя автомобильной дороги, к которым отнесены: толщина асфальтобетонного слоя, прочность асфальтобетона, наибольший суточный перепад температуры воздуха в регионе строительства дороги по данным строительной климатологии в зимний и межсезонный периоды, коэффициент сцепления асфальтобетонного слоя с нижележащим слоем, учитывающий трение и адгезию, коэффициент линейного температурного расширения.

Как следствие, повышается эффективность использования ресурсов на выполнение швов за счет того, что расстояние между деформационными швами соответствует совместному влиянию толщины асфальтобетонного слоя, коэффициента его сцепления с нижележащим слоем и отрицательных температур в регионе строительства дороги. При этом обеспечивается повышение качества дороги и уменьшаются затраты дорожно-строительных материалов на выполнение деформационных швов, т.е. швов, компенсирующих влияние температурных деформаций асфальтобетонного покрытия.

Если расстояние между деформационными швами меньше, чем в предлагаемом способе, то новых низкотемпературных трещин при снижении температуры не появится, однако количество деформационных швов на 1 км автомобильной дороги увеличится, т.е. количество деформационных швов будет избыточно велико, что приведет к росту затрат на выполнение данных швов.

Если расстояние между деформационными швами будет больше, чем в предлагаемом способе, то при снижении температуры появятся новые трещины на участке дороги между деформационными швами. В этом случае количество деформационных швов на 1 км автомобильной дороги уменьшится, однако снизится качество верхнего слоя дорожной одежды, что приведет к ускоренной деградации данного слоя и к росту затрат на ремонт дороги.

Библиография

1. Шестериков В.И. Деформационные швы в автодорожных мостах. М.: Транспорт, 1978. - 151 с.

2. Дорожное покрытие из фиброасфальтобетона по железобетонному основанию для федеральных и междугородных автодорог. Патент RU 157027. МПК Е01С 5/00 (2006.01). Опубликовано: 20.11.2015. Бюл. №32.

3. Способ устройства дорожного покрытия на подкладках. Патент RU 2648122. МПК Е01С 5/06 (2006.01) Е01С 11/04 (2006.01). Опубликовано: 22.03.2018. Бюл. №9.

4. Способ повышения долговечности асфальтового покрытия автомобильной дороги. Патент RU 2550710. МПК Е01С 11/02 (2006.01) Е01С 5/20 (2006.01). Опубликовано: 10.05.2015. Бюл. №13.

5. ГОСТ 32867-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Организация строительства. Общие требования.

6. Сиротюк В.В., Левашов Г.М. Об определении предела прочности асфальтобетона на растяжение при изгибе // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2011. №22. С. 23-26.

7. СП 131.13330.2012 Строительная климатология Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* (с Изменением №2)

8. Бондарь И.С.Сдвиговые испытания связных грунтов при различных траекториях нагружения // Инженерно-строительный журнал. 2012. №7 (33). С. 50-57