ДОРОЖНАЯ ОДЕЖДА ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИЙ
ROAD PAVEMENT FOR MOTOR ROADS AND AERODROME PAVEMENTS

Предлагаемое изобретение относится к строительству дорожных одежд для автомобильных дорог, аэродромных и площадочных покрытий, а также подобных конструкций, подвергающихся в процессе эксплуатации значительным колебаниям температур и требованиям высокой эффективности дренирования.
Известна дорожная одежда, включающая двухслойное покрытие, причем верхний слой покрытия состоит из плотного асфальтобетона, а нижний слой - из пористого асфальтобетона; и многослойное основание, состоящее из дренирующего слоя и двух слоев несущего материала: слоя черного щебня и слоя фракционированного щебня (см., например, патент РФ №2399715, кл. Е01С 7/00, 2009 г.). Причем толщины слоев дорожной одежды подобраны в соответствии с толщиной и плотностью верхнего слоя асфальтобетонного покрытия по определенной защищенной патентом функциональной зависимости, выведенной расчетным путем на основе оптимального соотношения собственных частот слоев дорожной одежды, учитывающего инерционность слоев и процесс развития колебаний сверху вниз в дорожной конструкции.
Подбор оптимального соотношения толщин слоев в известной конструкции дорожной одежды позволяет снизить уровень вибрационных сил в слоях дорожной одежды и таким образом повысить работоспособность и долговечность дорожных одежд.
В другой известной конструкции дорожная одежда включает основание из плотно укатанных дренирующего слоя и слоя щебня из слабопрочного известняка или гравия, а также слой из крупнозернистого асфальтобетона, и покрытие из асфальтобетона с расположенным на нем слоем поверхностной обработки из черного щебня - клинца крупностью до 10 мм (см., например, патент РФ №2332535, кл. Е01С 7/18, 2006 г.). Причем в качестве асфальтобетонной смеси покрытия используют битумокерамзитовую композицию толщиной 60 мм, а в качестве керамзитового заполнителя берут керамзитовый песок фракции 0,14-5,0 мм в количестве до 70 мас.%.
Такая конструкция дорожной одежды, обеспечивая удовлетворительную водопроницаемость дренирующих слоев, одновременно позволяет за счет использования в составе покрытия керамзитового заполнителя заметно снизить теплопроводность дорожной конструкции, ее плотность и массу, а также толщину покрытия.
Однако в приведенных известных конструкциях дорожной одежды из-за недостаточной деформативности и морозостойкости асфальтобетона при низких температурах фактические сроки службы покрытий часто ниже нормативных. При этом в связи с постоянным ростом грузонапряженности на дорогах, появлением новых видов транспортных средств с увеличенными нагрузками на оси наблюдается интенсивное колееобразование и разрушение асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог. В одном из указанных известных решений (см. пат. РФ №2332535) с целью повышения устойчивости и трещиностойкости дорожной одежды под асфальтобетонным слоем основания для отвода воды предусмотрен дренирующий слой. Однако этот слой в процессе монтажа дорожной конструкции подвергается укатке, что заметно снижает эффективность его использования и, как следствие, эффективность применения известного решения в целом.
Также известна дорожная одежда, включающая плиты сборных покрытий (бетонные, железобетонные, предварительно напряженные железобетонные, литые шлаковые и др.), уложенные на основание из уплотненного песка, щебня, гравийного материала оптимального состава и грунтов, укрепленных цементом или битумом (см., например, книгу Могилевича В.М. и др. Сборные покрытия автомобильных дорог. - М.: «Высш. школа», 1972. - С.216-223). Бетонные и железобетонные плиты, изготовленные из бетона высоких марок («500» и выше), а также предварительно напряженные железобетонные плиты хорошо выдерживают напряжения, возникающие от нагрузок движущихся большегрузных автомобилей, поэтому такие плиты могут быть использованы практически для всех видов сборных покрытий. Кроме того, использование плит для сборно-разборных дорожных покрытий обеспечивает возможность неоднократного демонтажа и последующего восстановления покрытия.
Однако вследствие проникания поверхностной влаги в песчаное, щебеночное или гравийное основание через швы между плитами и грунтовых вод через само основание происходит переувлажнение его, при этом снижается плотность и прочность основания, нарушается его контакт с нижней поверхностью плит, а под влиянием интенсивного движения происходит смещение плит относительно друг друга, неравномерная их просадка, обломы краев плит, что в конечном итоге приводит к разрушению плитного покрытия.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является дорожная одежда для автомобильных дорог и аэродромных покрытий, включающая призму из укрепленного грунта, основание и цементобетонное покрытие из скрепленных друг с другом в пакеты стальными арматурными канатами предварительно напряженных железобетонных плит с амортизаторами в гнездах плит между ними (см., например, пат. РФ №2379406, кл. Е01С 5/08, 2007 г.). При этом скрепление плит осуществляется в одном или двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью сквозной арматуры из стальных канатов, пропущенной через предусмотренные в плитах каналы, с последующим натяжением арматуры с усилием от 5 до 30 тс на каждый канат. Между торцами плит на канаты надеты упругие элементы, а концы канатов после натяжения закреплены анкерами в крепежных полостях крайних в пакетах плит с последующим омоноличиванием полостей бетоном.
Благодаря стягиванию плит в дорожное покрытие стальными канатами обеспечивается возможность не только быстрого монтажа высокопрочного и долговечного покрытия в условиях строительной площадки, но практически предотвращается какое-либо, даже самое малое, смещение их относительно друг друга, что существенно улучшает эксплуатационные характеристики покрытия и прежде всего его ровность. Движение по такому покрытию может быть открыто сразу после завершения строительства. Кроме того, монтаж известного покрытия может осуществляться круглогодично, а основной материал покрытия - преднапряженные железобетонные плиты - изготавливаются индустриальным способом на заводе и потому отличаются высоким качеством, обеспечивая таким образом качественные эксплуатационные показатели смонтированного дорожного покрытия.
Однако плиты в известной дорожной одежде в стыках омоноличиваются герметиком и укладываются на маловодопроницаемом земляном или песчаном основании, вследствие чего на покрытии в основании появляется вода. Нахождение воды на поверхности покрытия значительно снижает безопасность движения транспорта. Вода, задерживающаяся в основании в зимний период в процессе замораживания-оттаивания, приводит к трещинообразованию в покрытии, снижению долговечности известной дорожной одежды.
Цель предлагаемого изобретения - повышение безопасности движения транспорта, исключение аквапланирования и обеспечение дренажа дорожной одежды.
Поставленная цель достигается тем, что в дорожной одежде для автомобильных дорог и аэродромных покрытий, включающей призму из укрепленного грунта, основание и цементобетонное покрытие из скрепленных друг с другом в пакеты стальными арматурными канатами предварительно напряженных железобетонных плит с амортизаторами в гнездах плит между ними, плитное покрытие выполнено с наклоном пакета плит вдоль дорожного полотна под углом от ±1 до ±3-х градусов к горизонту, причем зазор между торцами стыкуемых плит выбран в пределах от 3 до 7 мм; основание дорожной одежды выполнено из крупнопористого капсулированного цементобетона, изготовленного из плотного щебеночного заполнителя с размером зерен 5-40 мм, при этом слой бетона основания размещен и на боковых поверхностях грунтовой призмы до ее нижней части; между сборным покрытием из предварительно напряженных железобетонных плит и верхним слоем основания размещен выравнивающий слой толщиной от 20 мм до 50 мм из укрепленного цементом песка, а между укрепленным грунтом и нижним слоем основания уложена геотекстильная сетка.
Приведенные в заявляемой дорожной одежде параметры изготовления дорожной конструкции обеспечивают достижение поставленной цели. За пределами указанных параметров цель не достигается.
Сущность предлагаемого технического решения состоит в следующем. Зазоры между торцами стыкуемых плит величиной от 3 мм до 7 мм позволяют влаге беспрепятственно стекать с поверхности плит, учитывая уклон поверхности покрытия вдоль дорожного полотна под углом от ±1 до ±3-х градусов к горизонту, и далее удаляться через предлагаемый в заявляемом техническом решении дренирующий крупнопористый бетон основания, характеризующийся фильтрующей способностью более 0,2 см/с. В случае существования определенного наклона полотна покрытия в связи с рельефом местности необходимость в создании специального наклона пакетов плит отпадает.
Высокая водопроницаемость применяемого крупнопористого бетона от 0,2 до 2 см/с связана с весьма развитой сквозной пористостью, варьируемой для капсулированных бетонов от 35 до 45%.
Высокая дренирующая способность основания обеспечивает быстрый отвод воды из-под сборного плитного цементобетонного покрытия, что предотвращает разуплотнение основания, его морозное пучение при попеременном замораживании и оттаивании, обеспечивая таким образом плотный контакт основания с нижней поверхностью плит и, следовательно, ровность дорожного полотна.
Предусмотренные в заявляемой дорожной одежде в качестве покрытия преднапряженные железобетонные плиты, скрепленные друг с другом в длинномерные пакеты из плит высокопрочными стальными канатами, в сочетании с предполагаемым удалением воды через зазоры между торцами стыкуемых плит и дренирующее основание из капсулированного щебеночного цементобетона обеспечивают получение прочной, морозостойкой и долговечной одежды, способной в течение многих лет выдерживать тяжелейшие транспортные нагрузки.
Конструкция предлагаемой дорожной одежды приведена на фиг.1-3. На фиг.1 - поперечный разрез, на фиг.2 - разрез вдоль пакетов плит на полотне дорожного покрытия; на фиг.3 (фотографии) - а) торец плиты из преднапряженного бетона с креплением стального каната анкером на торце плиты и б) зазор между плитами с амортизатором-уплотнителем во время стягивания стального каната.
Дорожная одежда содержит покрытие, выполненное из предварительно напряженных железобетонных плит 1, уложенных встык друг к другу и стянутых стальными канатами 2 в длинномерные пакеты длиной от 15 до 60 м, причем между торцами плит 1 на стальные канаты 2 надеты упругие, предпочтительней резиновые, элементы 3 в виде цилиндров с коническими торцами.
Между плитами 1 после натяжения стальных канатов предусматривается зазор 4 величиной от 5 мм до 7 мм. Несущий слой - основание 5 предлагаемой дорожной одежды выполнен из крупнопористого капсулированного цементобетона, изготовленного из плотного щебеночного заполнителя с размером зерен от 5 мм до 40 мм. Основание 5 смонтировано на призме 6 из укрепленного цементом грунта. Между плитным покрытием и основанием 5 расположен выравнивающий слой 7 из песка толщиной от 20 мм до 50 мм, обеспечивающий плотность и ровность укладки плитного покрытия на щебеночном цементобетонном основании, создание угла наклона покрытия вдоль дорожного полотна (от ±1 до ±3-х градусов к горизонту).
Выравнивающий слой 7 из песка дает возможность легкого перемещения плит 1 в процессе стягивания их стальными канатами 2 в длинномерные пакеты, а также при изменении температуры окружающей среды. Для отвода воды в заявляемой конструкции дорожной одежды предусмотрен дренаж 8. С целью укрепления откосов призмы 6 на ее боковых поверхностях размещен сопряженный с основанием слой 9 из крупнопористого дренирующего бетона того же состава, что и основание. На верхней и боковых поверхностях грунтовой призмы смонтирована прослойка из геотекстильного полотна (геотекстильной сетки) 10 для предотвращения заиливания крупнопористого дренирующего бетона основания. Кроме пакетов преднапряженных плит, на поверхности выравнивающего слоя 7 для автомобильных дорог располагается отмостка 11.
Дорожную одежду возводят следующим образом.
Призму 6 из укрепленного грунта с дренажом 8 покрывают геотекстилем 10 и выставляют опалубку 12 по периметру строящейся захватки покрытия. В пространство между опалубкой на поверхность призмы, укрытую геотекстилем 10, подают капсулированный цементобетон, который разравнивают грейдером и уплотняют катком, создавая основание 5 в виде слоя крупнопористого дренирующего цементобетона толщиной 20-40 см (в зависимости от расчетных нагрузок), изготовленного из капсулированного плотного щебеночного заполнителя с размером зерен от 5 мм до 40 мм.
Одновременно для укрепления откосов и повышения общей устойчивости грунтовой призмы 6 на боковых ее поверхностях укладывают сопряженный с основанием 5 слой 10 из дренирующего цементобетона того же состава, что и основание 5. Для отвода воды из дорожной одежды в слое 10 устраивают дренаж 8.
Уложенный дренирующий бетон закрывают на одни-двое суток (в зависимости от температуры окружающей среды) брезентом или полимерным полотном для предотвращения потери влаги и твердения бетона.
На затвердевшее омоноличенное основание 5 из капсулированного цементобетона укладывают выравнивающий слой 7 толщиной от 20 мм до 50 мм из укрепленного цементом песка, по которому методом «от себя» встык друг к другу производят укладку преднапряженных железобетонных плит 1 в количестве от 5 до 20 шт. на каждый собираемый пакет. Укладку плит 1 осуществляют таким образом, чтобы сквозные каналы в плитах размещались соосно и параллельно друг другу. Затем через сквозные каналы протягивают стальные канаты 2, одновременно надевая на канаты между коническими углублениями специальные цилиндрические амортизаторы-уплотнения с коническими торцами из резины или полиуретана, после чего производят стягивание плит 1 стальными канатами 2 с последующим натяжением канатов домкратами с усилием натяжения от 5 до 30 тс на каждый канат. При этом между плитами после натяжения оставляют зазоры 4 величиной от 3 мм до 7 мм. На фиг.3 показан торец плиты из преднапряженного бетона с креплением стального каната анкером на торце плиты.
Каждый пакет укладывают на основание дорожной одежды с наклоном вдоль дорожного полотна под углом от ±1 до ±3-х градусов к горизонту за счет регулирования толщины выравнивающего слоя 7 (фиг.2).
Предлагаемое техническое решение позволяет максимально эффективно использовать грунт, планируемый и уплотняемый в призму, на который последовательно укладывают слои дренирующего бетона основания, а на них на песчаной подсыпке монтируют дорожные плиты из преднапряженного бетона, которые стягивают в единый пакет - диск полотна.
Предлагаемое изобретение позволяет минимизировать объемы щебня и песка, обычно укладываемых в основании автомобильных дорог и аэродромных покрытий, снизить материало- и трудоемкость строительства.
Сочетание дренирующего основания и высокопрочных железобетонных плит позволит радикально увеличить межремонтные сроки и долговечность новых автомобильных дорог и покрытий, позволит эксплуатировать автотранспорт и самолеты с большой грузоподъемностью без образования колейности и необходимости «ямочных» ремонтов.