CC BY
195
УДК 625. 7/.8
Кочетков Андрей Викторович
ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Россия, Пермь1 Доктор технических наук, профессор E-Mail: [email protected]
Янковский Леонид Вацлавович
ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Россия, Пермь Кандидат технических наук, доцент E-Mail: [email protected]
Трофименко Юрий Александрович
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Инженер E-Mail: [email protected]
Совершенствование технологий устройства тонких слоев износа и шероховатых поверхностных обработок
1 410022, г. Саратов, ул. Азина, д. 38 «В», кв. 4 1
Аннотация. Установлены критерии назначения работ по устройству поверхностной обработки и тонких слоев износа с применением различных видов фиброволокон в зависимости от состояния существующего покрытия, интенсивности и состава движения, климатических факторов:
1. Трещинообразование в слое износа и шероховатой поверхностной обработки.
2. Высокий риск сегрегации распределяемых материалов (неравномерного, неоднородного распределения).
3. Высокая скорость раскрытия трещины под действием многоциклового замораживания воды в трещине в зимний период.
4. Слабая сопротивляемость динамическим нагрузкам.
5. Окисляемость и охрупчивание вяжущего.
6. Выпотевание вяжущего.
7. Высокий риск вырывания щебенок и попадания во встречный транспорт.
Эти критерии позволяют предложить рекомендации по выбору технологии поверхностной обработки и тонких слоев износа с применением различных видов фиброволокон, которые заключаются в следующем. В зависимости от типа покрытия, шероховатости, заданной величины износа поверхности дорожного покрытия, а также с учетом условий удаления воды из зоны контакта шин с покрытием, определяется необходимая толщина шероховатого слоя покрытия. Параметры шероховатости могут быть выбраны с учетом ориентировочной взаимосвязи с транспортно-эксплуатационными характеристиками. Исходя из необходимой толщины шероховатого слоя, наличия технологических машин и соответствующей производственной базы подбирается технология устройства шероховатых слоёв дорожного покрытия
Ключевые слова: автомобильные дороги; слои износа; шероховатые поверхностные обработки; критерии; устройство; контроль качества.
Идентификационный номер статьи в журнале 79ТУЫ414
Введение. Основным видом работ по содержанию и ремонту автомобильных дорог является устройство тонких слоев и шероховатых поверхностных обработок [1-9]. Поэтому исследование и совершенствование этих технологий является важной инновационной задачей
[1-3].
Установлен вид поврежденности шероховатой поверхностной обработки - обнажение макрошероховатого дорожного покрытия продольными волнами. Этот дефект отличается от полос наката своей природой неравномерности распределения битума при устройстве шероховатой поверхностной обработки. Опасность поврежденности проявляется в неодинаковости параметров макрошероховатости и, следовательно, коэффициента сцепления под левыми и правыми колесами транспортного средства, что приводит к значительному увеличению риска возникновения дорожно-транспортного происшествия [4-7].
Рис. 1. Обнажение дорожного покрытия после шероховатой поверхностной обработки на этапе эксплуатации (3-5 лет) продольными волнами
Постановка и решение задачи совершенствования технологии. Установлены следующие критерии назначения работ по устройству поверхностной обработки и тонких слоев износа с применением различных видов фиброволокон в зависимости от состояния существующего покрытия, интенсивности и состава движения, климатических факторов [4]:
1. Трещинообразование в слое износа и шероховатой поверхностной обработки.
2. Высокий риск сегрегации распределяемых материалов (неравномерного, неоднородного распределения).
3. Высокая скорость раскрытия трещины под действием многоциклового замораживания воды в трещине в зимний период.
4. Слабая сопротивляемость динамическим нагрузкам.
5. Окисляемость и охрупчивание вяжущего.
6. Выпотевание вяжущего.
7. Высокий риск вырывания щебенок и попадания во встречный транспорт.
Эти критерии позволяют предложить рекомендации по выбору технологии поверхностной обработки и тонких слоев износа с применением различных видов фиброволокон, которые заключаются в следующем:
В зависимости от типа покрытия, шероховатости, заданной величины износа поверхности дорожного покрытия, а также с учетом условий удаления воды из зоны контакта шин с покрытием, определяется необходимая толщина шероховатого слоя покрытия.
Параметры шероховатости могут быть выбраны с учетом ориентировочной взаимосвязи с транспортно-эксплуатационными характеристиками (при неблагоприятном состоянии дорожного окрытия).
Исходя из необходимой толщины шероховатого слоя, наличия технологических машин и соответствующей производственной базы подбирается технология устройства шероховатых слоёв дорожного покрытия.
При фактической интенсивности движения свыше 6000 автомобилей в сутки целесообразно [5]:
• устройство поверхностного слоя из щебёночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА с применением волокнистых материалов);
• устройство поверхностной обработки при совмещенном (синхронном) распределении вяжущего и щебня с использованием в качестве вяжущего модифицированного полимерами (типа ДСТ или СБС) и фиброй битума, вспененного битума или битумной эмульсии с применением фибры и щебня, прошедшего очистку в моечной установке и обработанного вяжущим, фракций 15-20 (20-25) мм.
При фактической интенсивности движения свыше 1000 до 6000 автомобилей в сутки целесообразно:
• устройство поверхностной обработки дорожного покрытия при совмещенном (синхронном) распределении вяжущего и щебня с применением битума, вспененного битума или битумной эмульсии с фиброй (без модифицирования полимерами), рекомендуется предварительная обработка щебня вяжущим;
• устройство шероховатого тонкослойного покрытия (ШТП) из литых асфальтобетонных смесей с применением фибры;
• устройство поверхностной обработки дорожного покрытия с применением литых эмульсионно-минеральных смесей (требуется обеспечение ровности покрытия);
• устройство поверхностной обработки покрытия при раздельном распределении битума и щебня, обработанного вяжущим с применением фибры (без использования битумных эмульсий или вспенивания битума);
• повышение шероховатости путем втапливания щебня, предварительно обработанного вяжущим, в свежеуложенный верхний слой дорожного покрытия.
При фактической интенсивности движения до 1000 автомобилей в сутки целесообразно:
• устройство поверхностной обработки дорожного покрытия при совмещенном (синхронном) распределении необработанного органическим вяжущим щебня и вяжущего в виде обычного или вспененного битума;
• устройство поверхностной обработки дорожного покрытия при раздельном распределении вяжущего и необработанного органическим вяжущим щебня с применением обычного битума (допускается использование щебня, обработанного органическим вяжущим).
Применение битумной эмульсии позволяет удлинить строительный сезон и уменьшить энергозатраты. Однако, это приводит к удорожанию технологии. Решение о применении
рекомендуется подтверждать технико-экономическим обоснованием и лабораторными исследованиями.
Исходя из фактического состояния нижележащего обрабатываемого слоя выбирается способ распределения материала:
• распределение и разравнивание (разглаживание) материала по поверхности, при котором материал заполняет и выравнивает неровности нижележащего слоя, образуя неравномерный по толщине слой с ровной верхней поверхностью;
• поливка и посыпка поверхности, при которой материал распределяется на предварительно обработанную (пролитую) вяжущим поверхность одинаковой толщиной равномерно по всей площади, образуя слой, копирующий неровности нижележащего слоя.
На этапе сбора и анализа исходных данных, осуществляется сбор и анализ нижеприведенных характеристик.
Эксплуатационная стадия жизненного цикла дорожного покрытия, на которое предполагается устройство шероховатого слоя. Выделяются следующие стадии:
новое строительство дороги и дорожного покрытия;
реконструкция дороги и дорожного покрытия;
усиление дорожной одежды;
восстановление слоя износа дорожного покрытия; повышение сцепных качеств дорожного покрытия;
устройство дополнительных полос для движения и целевая их предназначенность (скоростные полосы, полосы разгона и торможения, дополнительные полосы на подъемах и т.п.).
Тип существующего или проектируемого дорожного покрытия и его характеристики. Устанавливаются [5]:
• вид материала покрытия;
• толщина материала покрытия;
• прочностные и деформативные свойства (марка прочности, модули упругости, сцепление, угол внутреннего трения) материала покрытия;
• геометрические характеристики (ширина, продольные и поперечные уклоны);
• эксплуатационные характеристики (срок службы на момент осмостра, степень разрушенности и виды разрушений, ровность, характеристики шероховатой структуры поверхности существующего покрытия, прогнозируемый срок службы).
Участок покрытия. Отражаются особенности движения на участках:
• прямые и кривые в плане;
• продольные и поперечные уклоны;
• полосы с особыми условиями движения;
• покрытия на мостах и подходах к ним;
• покрытия на перекрестках и подходах к ним;
• покрытия в населенных пунктах и подходах к ним;
• покрытия на железнодорожных переездах и подходов к ним;
• элементы транспортных развязок;
• шумовые полосы;
• укрепительные полосы.
Характеристики движения. Отражаются:
• фактические и прогнозируемые сезонные интенсивности;
• состав движения автотранспорта;
• сезонные грузонапряженности;
• расчетные и фактические скорости на отдельных участках дороги.
Характеристики безопасности движения. Устанавливается фактический и прогнозируемый для эксплуатируемых дорог уровень безопасности движения по ВСН 15-96 и ВСН 25-89.
Погодно-климатические характеристики местности. Устанавливаются:
• температура воздуха по сезонам;
• минимальные и максимальные температуры и их длительности;
• количество и длительность зимних оттепелей;
• виды и интенсивность осадков по сезонам;
• степень снегозаносимости участков дороги;
• количество и длительность туманов по сезонам;
• гололедоопасные участки;
• длительность гололедоопасных периодов.
На этапе проектирования поверхности дорожного покрытия осуществляется обоснование конструктивных и технологических решений, обеспечивающих требуемые транспортно-эксплуатационные свойства поверхности дорожных покрытий при конкретных условиях движения и воздействия природно-климатических факторов.
Обосновываются транспортно-эксплуатационные требования к отдельным участкам покрытия в зависимости от категории автомобильной дороги и характеристик (обеспечиваемая скорость движения, яркость покрытия, допустимая шумность, допустимый уровень безопасности движения, обеспечиваемая грузонапряженность).
Обосновываются требования к нижележащему слою дорожного покрытия, в зависимости от способа устройства, вида материалов вышележащего и нижележащих слоев, воздействующих нагрузок и климатических условий. Требования к нижележащему слою обосновываются исходя из обеспечения требуемой устойчивости, прочности и долговечности сохранения транспортно-эксплуатационных свойств поверхностного слоя покрытия. Условно эти требования можно разделить на три группы.
1) Требования к форме нижележащего слоя. Регламентируются СНиП 3.06.03-85 по следующим параметрам: высотные отметки по оси; ширина слоя; толщина слоя; поперечные уклоны (см. СНиП 3.06.03-85 приложение 2, раздел 5).
2) Требования к прочностным характеристикам нижележащего слоя. Регламентируется по следующим параметрам:
• прочность на сжатие, определяется из условия 10 предложенного профессром Н.Н. Ивановым:
P x K x 2 x h
Rсж >-, (1)
ф
D x tg( 450 + — ) 2
где: Ясж - минимальная прочность на сжатие материала нижележащего слоя, гарантирующая, что он не будет разрушен колесом автомобиля при непосредственном контакте, либо от вдавливания фрагментов материала вышележащего слоя, МПа (определяется путем испытания на сжатие кернов, взятых из обрабатываемого покрытия).
Р - максимальное удельное давление от колеса автомобиля в плоскости контакта с покрытием (согласно ВСН 46-83 для нагрузки группы А - 0,6 МПа; для нагрузки группы Б -0,5 МПа);
К - комплексный коэффициент, учитывающий влияние горизонтальных усилий и степень пластичности материала обрабатываемого покрытия (на перегонах при легких условиях движения К = 3^6; на участках с затруднительными условиями движения К = 6^12; на участках с опасными условиями движения К = 12^18. Меньше значения берутся для более жестких материалов дорожного покрытия и средней интенсивности движения, большие - для пластичных материалов и тяжелого движения);
h - толщина нижележащего слоя покрытия, см;
D - диаметр отпечатка контакта колеса с покрытием (для нагрузки группы А - 37 см; для нагрузки группы Б - 32 см);
ф - угол внутреннего трения материалов нижележащего слоя, 0 (определяется испытанием материала на сдвиг).
• сдвигоустойчивость нижележащего слоя. Определяется из условия:
K1 X P < P X tg ф + C1 + C2 = Тсд , (2)
где: К1 - коэффициент степени передачи вертикального давления на горизонтальные сдвиговые усилия, численно равный коэффициенту сцепления шины автомобиля с покрытием в сухом и чистом состоянии (0,6-0,8);
Р - вертикальное удельное давление в плоскости контакта шины автомобиля с покрытием, МПа (для нагрузки группы А - 0,6 МПа; для нагрузки группы Б - 0,5 МПа);
ф - угол внутреннего трения, 0 (определяется испытанием на сдвиг образцов материала покрытия;
С1 - среднее вязкое сцепление при длительном действии повторяющихся нагрузок при высокой температуре, МПа (определяется при испытании на сдвиг образцов материала покрытия);
С2 - сцепление при кратковременных нагрузках, МПа (обычно в 2-3 раза больше, чем при длительном действии нагрузки, определяются при испытании на сдвиг образцов материала покрытия);
Тсд - суммарная сопротивляемость обрабатываемого покрытия сдвигу, МПа.
• прочность на отрыв материала покрытия определяется из условия:
От > 0,12 МПа, (3)
где: От - сопротивляемость отрыву частиц материала от поверхности обрабатываемого покрытия в результате вакуумного воздействия шины в плоскости контакта с поверхностью покрытия, МПа (определяется испытанием на отрыв материала от поверхности покрытия, см. методику).
• прочность на растяжение при изгибе, определяется из условия:
Rи > Ог, (4)
где: Rи - допускаемое растягивающее напряжение в материале рассматривае-мого слоя с учетом условий работы, МПа (определяется по формуле 14):
Rи = R x (1 - t x x Kу x Km, (5)
где: R - среднее значение сопротивления материала обрабатываемого слоя покрытия растяжению при изгибе, МПа (определяется испытанием материала на изгиб);
t - коэффициент нормативного отклонения R, принимаемый в зависимости от уровня проектной надежности (таблица 1).
Таблица 1
Зависимость коэффициента нормативного отклонения от уровня проектной надежности
Уровень проектной надежности 0,85 0,9 0,95
Коэффициент нормативного отклонения 1,06 1,32 1,71
VR - коэффициент вариации, принимаемый равным 0,1;
^ - коэффициент усталости в зависимости от интенсивности движения (принимаемый для асфальтобетонов по номограмме рисунка 8 приложение 3 ВСН 46-83);
^ - коэффициент снижения прочности от воздействия природных факто-ров, (принимаемый для асфальтобетона I и II марок на щебне изверженных пород ^ = 1,0 и III марки ^ = 0,8; для смесей на щебне осадочных пород и гравии I марки - ^ = 0,9; для II и III марок ^ = 0,7; для дегтебетона ^ = 0,7);
Ог - наибольшее растягивающее напряжение от воздействия нагрузки, МПа, определяемое по формуле:
Ог = ОГ X P X (6)
где: Ог - расчетное растягивающее напряжение от изгиба под действием единичной нагрузки в обрабатываемом слое покрытия, МПа (определяемое либо по номограмме рисунка 3.11, либо рисунка 3.12 ВСН 46-83);
Р - вертикальное удельное давление в плоскости контакта шины автомобиля с покрытием, МПа (для нагрузки группы А - 0,6 МПа; для нагрузки группы Б - 0,5 МПа);
Кб - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния (принимается равным 0,85).
• критерий допустимого прогиба под нагрузкой, обеспечивающий прочность на растяжение при изгибе обрабатываемого покрытия. Определяется при значительной разрушенности обрабатываемого покрытия (площадь деформаций и ранее отремонтированных разрушений превышает 20 % от общей площади покрытия; протяженность ранее отремонтированных трещин превышает 1 м/м2 дорожного покрытия) по формуле:
P x D x (1-ц)
Ьр = < Цо^ (7)
Eтр
где: 1ср - фактический упругий прогиб на поверхности покрытия, см (определяемый по методике приложение 5 ВСН 46-83, с помощью нивелира или прогибомера под колесом расчетного автомобиля, или расчетом по формуле 7);
Р - вертикальное удельное давление в плоскости контакта шины автомобиля с покрытием, МПа (для нагрузки группы А - 0,6 МПа; для нагрузки группы Б - 0,5 МПа);
D - диаметр отпечатка контакта колеса с покрытием (для нагрузки группы А - 37 см; для нагрузки группы Б - 32 см);
ц - коэффициент Пуассона, принимается равным 0,3;
Етр - требуемый модуль упругости дорожной одежды, МПа, (определяемый по номограмме рисунка 3.2 ВСН 46-83 в зависимости от интенсивности движения, приведенной к расчетному автомобилю).
1доп. - допустимый упругий прогиб дорожной одежды на поверхности покрытия, см, (для нагрузок группы А принимается равным 0,1 см; для нагрузок группы Б - 0,13 см).
Требования к состоянию слоя дорожного покрытия, на котором предусматривается устройство шероховатой поверхностной обработки или тонкого слоя износа обуславливаются в зависимости от способа распределения материала и содержания воды в материале поверхностного слоя покрытия.
Существует два способа распределения материала. При способе распределения и разравнивания (разглаживания) материала по поверхности - материал заполняет и выравнивает неровности нижележащего слоя, образуя неравномерный по толщине слой, но с ровной поверхностью. При способе поливок и посыпок поверхности - материал рассыпается одинаковой толщиной равномерно по всей площади, с копированием неровностей нижележащего слоя, поэтому поверхность устраненного слоя соответствует ровности нижележащего слоя в продольном и поперечном направлениях.
Требования к нижележащему обрабатываемому слою покрытия регламентируют следующие параметры:
чистота поверхности покрытия - характеризуется количеством твердых частиц (пыли, песка, грунта) на квадратном метре покрытия, г/м2;
влажность поверхности покрытия - оценивается влажностью соскреба с поверхности покрытия, % по массе
• ровность поверхности покрытия - оценивается по просветам под трехметровой рейкой (местная ровность) и по величине амплитуд продольной ровности, получаемой нивелированием поверхности на базе 5, 10 и 20 м
• колейность поверхности покрытия - оценивается максимальной стрелой просветов под трехметровой рейкой по полосам наката, мм;
• шероховатость поверхности - оценивается по параметрам уровеня шероховатости;
• дефектность поверхности - характеризуется степенью отклонения фактического «рельефа» поверхности покрытия (неровности, раковины, выбоины, просадки и т.п.) от идеальной плоскости с поперечным и продольным уклоном, равным проектному в данной точке автомобильной дороги.
Требования к рассмотренным параметрам, характеризующим свойства нижележащего слоя, приведены в таблице 2.
При несоответствии фактического состояния обрабатываемого нижележа-щего слоя дорожного покрытия параметрам, приведенным в таблице 2, необходимо разработать мероприятия по приведению фактического состояния к требуемому. Выбранный способ приведения фактических прочностных характеристик и характеристик состояния обрабатываемого покрытия к требуемым должен комплексно удовлетворять всем параметрам.
В зависимости от видов дефектов на обрабатываемом слое покрытия рекомендуются способы и методы их устранения, приведенные в таблице 2.
Проектирование замыкающих поверхностных слоев покрытия осуществляется в приведенной ниже последовательности.
1) В зависимости от категории дороги, типа покрытия, эксплуатационного его состояния, интенсивности и состава движения, погодно-климатических факторов поверхность покрытия разбивается на характерные участки, отличающиеся требуемым уровнем шероховатости. Для каждого характерного участка в соответствии с таблицей 1 назначаются требуемый уровень шероховатости и соответствующие ему параметры шероховатости по таблице 2.
2) В зависимости от состояния и технологической направленности региональной производственно-технической базы, наличия дорожно-строительных материалов, наличия и состояния технологических машин и оборудования, накопленного регионального опыта, намечается тип поверхностного шероховатого слоя покрытия. Если устраивается новый слой покрытия, при новом строительстве, реконструкции дороги или при усилении покрытия, целесообразно поверхностный шероховатый слой предусматривать в составе верхнего слоя покрытия. Верхний шероховатый слой покрытия может устраиваться и как самостоятельный слой из материалов, отличных от материалов покрытия. Во всех случаях толщина верхнего шероховатого слоя должна определяться из условия износостойкости и планируемого срока службы. Годовой износ поверхности покрытия определяется по формуле:
Ь = ^ + Ь X Q) X ^ех, (8)
где: Ь- - износ поверхности покрытия, мм/год; а - износ за счет воздействия природных факторов, зависящий от материала покрытия, мм/год; Ь - удельный износ от воздействующей нагрузки, и вида материалов покрытия, мм/млн.кН; Q - грузонапряженность, млн. кН/ год (суммарная нагрузка от всех осей на покрытие за год, определяется по формуле:
Q = 0,01 x Кср, (9)
где: ^р - приведенная средняя интенсивность движения, авт/сут.
Ктех - коэффициент, зависящий от качества содержания поверхности покрытия, применяемых технологических машин и материалов (1^1,3).
Таблица 2
Требования к нижележащему обрабатываемому слою покрытия
Окончание таблицы 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Асф альтобетон, обработанный битумом III-IV категории дорог <25 мм поливка 0,5/0,7 0,3/0,5 0,12 0,30 1,3 2/30 2/30 <14 <10 0 2-3 Трещины н раковины до 10 мм
То же 25-40 разравнива нне 0,5/0,7 0,3/0,5 0,1 0,30 1,3 2/30 2/30 <20 <15 <20 2-3 Трещины н раковины до 15 мм
Цементобетон 1,11. III категории дорог <25 мм разравнива нне >20 >25,5 1,0*" 3/30 3/30 <10 <7,0 2-3 Трещины и раковины до 10 мм
То же <25 мм поливка >20 ™ >25,5 1,0 3/30 3/30 <7,0 <7,0 2-3 Трещины и раковины до 5 мм
То же 25-40 мм разравнива нне >20 — >15,5 1,0 3/30 3/30 <15 <15 — 2-3 Трещины и раковины до 15 мм
Примечания
1 *) - прочностные характеристики в числителе приведены для легких условий движения, в знаменателе для затрудненных и опасных;
2 **) - характеристики состояния приведены в числителе для материалов, не содержащих в своем составе воду, в знаменателе - содержащих в составе воду
3 ***) - допустимый упругий прогиб на цементобетонных покрытиях определяется при положении расчетной нагрузки над поперечными трещинами в цементобетонной плите. При отсутствии на поверхности цементобетонных плит поперечных или косых трещин этот показатель не определяется.
Значения параметров, входящих в формулу 8, помещены в таблицу 3. рассчитываются по формуле:
^ x q)T - 1
Ьи = a x T + 0,01 x Кср / (Ь x-) , (10)
K x q - 1
где: Ьти - износ поверхностного слоя покрытия за Т лет, см;
а - износ за счет воздействия природных факторов, зависящий от материала покрытия, мм/год (принимается по таблице 3);
T - планируемый срок службы поверхностного слоя, лет;
Кср - приведенная средняя интенсивность движения, авт/сут;
Ь - удельный износ от воздействующей нагрузки, и вида материалов покрытия, мм/млн.кН (принимается по таблице 3);
K - коэффициент, учитывающий повышение количества тяжелых машин в составе транспортного потока (1,05 - 1,07);
q - знаменатель прогрессии роста интенсивности движения рассчитывается по формуле:
P
q = 1 + — , (11)
100
где: Р - процент ежегодного прироста интенсивности движения, %. Планируемый износ не должен превышать допустимого по таблице 4.
Таблица 3
Способы и методы приведения фактического состояния нижележащего покрытия к требуемому
Тип покрытия и параметры, несоответствующие требуемым характеристикам Способ приведения фактического состояния к требуемому Методы ведения работ
Асфальтобетон, прочностные характеристики Усиление нижнего слоя Регенерация, наращивание толщины дорожной одежды
Асфальтобетон, прочность на отрыв, уровень шероховатости Закрепление поверхности, искусственная шероховатость Тонкослойная регенерация поверхности, тонкослойные поверхностные обработки
Асфальтобетон, ровность, колейность, деформированная поверхность Выравнивание поверхности Термопрофилирование, фрезерование, выравнивающие слои
Асфальтобетон, местные дефекты (ямочность, шелушение, трещины и т.п.) Локальные ремонтно- профилировочные работы Ямочный ремонт, ремонт трещин, локальный ремонт поверхности
Тип покрытия и параметры, несоответствующие требуемым характеристикам Способ приведения фактического состояния к требуемому Методы ведения работ
Цементобетон, прочностные характеристик Усиление цементобетонного покрытия Регенерация, перекрытие слоем асфальтобетона или цементобетона
Цементобетон, прочность на отрыв, уровень шероховатости Закрепление поверхности, нанесение шероховатости Тонкослойная поверхностная обработка, обработка поверхности полимервяжущими составами
Цементобетон, ровность, коробление плит Выравнивание поверхности Фрезерование, укладка выравнивающих асфальтобетонного или цементобетонного слоев
Цементобетон, недопустимая дефектность (ямочность, шелушение и т.п.) Локальные ремонтно- профилировочные работы Ямочный ремонт, заделка трещин, укладка выравнивающего слоя, локальный и поверхностный ремонт
Таблица 4
Значения параметров износостойкости
Тип покрытия Климатически й износ (а), мм/год Удельный износ от движения (Ь), мм/млн. кН Допус тимый износ, мм
Цементобетон 0,15-0,3 0,01-0,03 10
Асфальтобетон 0,4-0,6 0,025-0,055 10
Двойная поверхностная обработка 1,3-2,7 0,35-0,55 25
Одиночная поверхностная обработка 1,4-2,8 0,4-0,6 12
Щебеночные из прочных пород 4,5-5,5 1,5-2,0 40
Щебеночные из слабых пород 5,5-6,5 1,9-2,5 50
Гравийные из прочных пород 3,0-4,0 1,6-2,2 50
Гравийные из слабых пород 4,0-6,0 2,0-3,0 70
Примечания
Средние значения "а" и "Ь" принимаются для дорог, расположенных в III дорожно-климатической зоне с использованием материалов, удовлетворяющих ГОСТ; Верхние пределы принимаются для дорог с усовершенствованными покрытиями, расположенными во II дорожно-климатической зоне, нижние - для дорог, расположенных в IV - V дорожно-климатических зонах;
Для дорог с щебеночными и гравийными покрытиями, расположенными в зоне избыточного увлажнения принимаются нижние пределы, а для дорог, расположенных в зонах с сухим климатом - верхние пределы "а" и
"Ь";
Если ширина покрытия превышает 7 м, значения "Ь" уменьшают на 15%, если меньше 6 м, значения "Ъ" увеличивают на 15%.
Толщина поверхностного слоя не должна учитываться при прочностном расчете дорожных одежд и должна на 20-30 % превышать величину общего износа. Она рассчитывается по формуле:
^.с. = ^р x Ь-и, (12)
где: ^.с. - толщина поверхностного шероховатого слоя покрытия, см;
Кср - коэффициент, учитывающий условия работы поверхностного слоя. Если поверхностный слой предусматривается, как совместно работающий с верхним слоем покрытия, то Кср = 1,2^1,3;
Ьти - износ поверхностного слоя покрытия за Т лет, см.
Толщина верхнего слоя по покрытию рассчитывается по формуле:
hв .с.п. hв .с.р. х ^.с , (13)
где: hв.с.п. - толщина верхнего слоя покрытия, совместно работающего и устраиваемого с поверхностным шероховатым слоем, см;
hв с.р - расчетная толщина верхнего слоя покрытия, см (определяется расчетом на прочность по ВСН 46-83).
Если поверхностный слой покрытия предусматривается как самостоятельно работающий и устраиваемый слой, то для тонких слоев толщиной <25 мм Кср = 1,1-1,2, для слоев толщиной 25-40 мм Кср = 1,5-2,0.
Кроме износостойкости толщина поверхностного слоя связана с проектируемыми параметрами шероховатости.
Толщина поверхностного, шероховатого слоя не может быть меньше наибольшей высоты профиля шероховатости согласно условию:
^.с. > Rmax , (14)
где: ^.с. - толщина поверхностного, шероховатого слоя покрытия, см;
Rmax - наибольшая высота профиля шероховатости, см.
Толщина поверхностного шероховатого слоя не может быть меньше максимального диаметра элементов макрошероховатости согласно условию:
^.с. > Qmax, (15)
где: ^.с. - толщина поверхностного, шероховатого слоя покрытия, см;
Qmax - максимальный диаметр элементов макрошероховатости, см.
Если поверхностный слой входит в состав верхнего слоя покрытия (совместно работающий и устраиваемый), то минимальная толщина верхнего слоя покрытия должна быть больше максимального диаметра элементов макрошероховатости и удовлетворять условию:
hв.с.п. > 5 X Qmax, (16)
где: hв.с.п. - толщина верхнего слоя покрытия, совместно работающего и устраиваемого с поверхностным шероховатым слоем, см;
Qmax - максимальный диаметр элементов макрошероховатости, см.
Дополнительные рекомендации. Устанавливаются минимально допустимые прочностные характеристики поверхностного слоя. Если поверхностный слой не выделяется из верхнего слоя покрытия, то прочностные характеристики его регламентируются
существующими нормативно-техническими документами (СНиП, ГОСТ, ВСН), как для верхнего слоя дорожного покрытия. Если поверхностный слой проектируется как самостоятельный, то устанавливаются следующие характеристики: сдвигоустойчивость поверхностного слоя; прочность на отрыв; прочность на растяжении при изгибе, если толщина поверхностного слоя больше 30 мм, при меньшей толщине этот параметр не регламентируется.
Выводы. Систематизированы основные технологические подходы устройства тонких слоев износа и шероховатых поверхностных обработок, отраженные в существующей нормативно-технической литературе. Это позволяет создать систему проектирования этих технологических операций на этапах строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог, обоснованно формировать элементные сметные нормы и единичные расценки, расширенно применять инновационные технические решения [7-9].
ЛИТЕРАТУРА
1. Методологические основы оценки технических рисков в дорожном хозяйстве / Кокодеева Н.Е., Талалай В.В., Кочетков А.В., Янковский Л.В., Аржанухина С.П.
//
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. 2011. № 3. С. 38-49.
2. Формирование научно-инновационной политики дорожного хозяйства / Сухов А.А., Карпеев С.В., Кочетков А.В., Аржанухина С.П. // Инновационная деятельность. 2010. № 3. С. 41.
3. Нормативно-методическое обеспечение развития инновационной деятельности в дорожном хозяйстве / Аржанухина С.П., Сухов А.А., Кочетков А.В. // Инновации. 2011. № 7. С. 82-85
4. О применении государственного стандарта при устройстве шероховатых поверхностных обработок автомобильных дорог / Сербенко А., Жилин С., Кочетков А., Крафт В. / Автомобильные дороги. 2003. № 11. С. 22.
5. Шероховатые поверхности: нормирование, проектирование и устройство / Кочетков А.В., Суслиганов П.С. // Автомобильные дороги. 2005. № 1. С. 54.
6. Анализ срока службы современных цементных бетонов / Рапопорт П.Б., Рапопорт Н.В., Полянский В.Г., Соколова Е.Р., Гарибов Р.Б., Кочетков А.В., Янковский Л.В. // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 4. С. 92.
7. Совершенствование структуры отраслевой диагностики федеральных автомобильных дорог / Аржанухина С.П., Кочетков А.В., Козин А.С., Стрижевский Д.А. // Интернет-журнал Науковедение. 2012. № 4 (13). С. 70.
8. Прямой метод оценки взаимодействия колеса транспортного средства и неровностей дорожного покрытия / Кочетков А.В., Беляев Д.С., Шашков И.Г. / Интернет-журнал Науковедение. 2013. № 4 (17). С. 38.
9. Диагностика и паспортизация элементов улично-дорожной сети системой видеокомпьютерного сканирования / Васильев Ю.Э., Беляков А.Б., Кочетков А.В., Беляев Д.С. // Интернет-журнал Науковедение. 2013. № 3 (16). С. 55.
Рецензент: Овчинников Игорь Георгиевич, профессор, доктор технических наук, заместитель руководителя Поволжского отделения Российской академии транспорта.
Andrey Kochetkov
Perm national research polytechnical university
Russia, Perm E-Mail: [email protected]
Leonid Yankovsky
Perm National Research Polytechnical University
Russia, Perm E-Mail: [email protected]
Yury Trofimenko
Saratov state technical university of a name of Gagarin Yu.A.
Russia, Saratov E-Mail: [email protected]
Improvement of technologies of the device of thin layers of wear and rough surface treatments
Abstract. Are established criteria of purpose of works on the device of a surface treatment and thin layers of wear with application of different types ^hGpobo^okoh depending on a condition of an existing covering, intensity and structure of movement, climatic factors: 1. Formation of cracks in a layer of wear and a rough surface treatment. 2. High risk of a segregation of distributed materials (uneven, non-uniform distribution). 3. High speed of disclosure of a crack under the influence of multi-cycle freezing of water in a crack during the winter period. 4. Weak resilience to dynamic loadings. 5. Oxidability and embrittlement of the knitting. 6. Sweating of the knitting. 7. High risk of filling bricks and hit in counter transport. These criteria allow to offer recommendations about a choice of technology of a surface treatment and thin layers of wear with application of different types ^uGpoBO^OKOH which consist in the following: Depending on type of a covering, a roughness, the set size of wear of a surface of a paving, and also taking into account conditions of removal of water from a zone of contact of tires with a covering, the necessary thickness of a rough coat layer is defined. Parameters of a roughness can be chosen taking into account approximate interrelation with transport and operational characteristics. Proceeding from necessary thickness of a rough layer, existence of technological cars and the corresponding production base technology of the device of rough layers of a paving is selected.
Keywords: Highways; wear layers; rough surface treatments; criteria; device; quality control.
Identification number of article 79TVN414
КЕГЕКЕ^Е8
1. Ме1;оёо1о§1Ле8к1е ОБпоуу осепЫ tehnicheskih г1вкоу V dorozhnom hozjajstve / Кокоёееуа КЕ., Ta1a1aj У.У., Kochetkov Л.У., Jankovskij Ь.У., А^апиЫпа Б.Р. // Vestnik Permskogo naciona1'nogo iss1edovate1'skogo po1itehnicheskogo universiteta. Prikladnaja jekologija. Urbanistika. 2011. № 3. S. 38-49.
2. Formirovanie nauchno-innovacionnoj ро1ШЫ dorozhnogo hozjajstva / Suhov Л.Л., Karpeev S.У., Kochetkov Л.У., Лrzhanuhina S.P. // Innovacionnaja dejate1'nost'.
2010. № 3. S. 41.
3. Normativno-metodicheskoe obespechenie razvitija innovacionnoj dejate1'nosti v dorozhnom hozjajstve / Лrzhanuhina S.P., Suhov Л.Л., Kochetkov Л.У. // Innovacii.
2011. № 7. S. 82-85
4. О primenenii gosudarstvennogo standarta pri ustrojstve sherohovatyh poverhnostnyh obrabotok avtomobi1'nyh dorog / Serbenko Л., Zhi1in S., Kochetkov Л., Kraft У. / Avtomobil'nye dorogi. 2003. № 11. S. 22.
5. Sherohovatye poverhnosti: normirovanie, proektirovanie i ustrojstvo / Kochetkov Л.У., Susliganov Р^. // Avtomobil'nye dorogi. 2005. № 1. S. 54.
6. Лna1iz sroka s1uzhby sovremennyh cementnyh betonov / Rapoport Р.В., Rapoport N.У., Po1janskij У.&, Soko1ova E.R., Garibov R.B., Kochetkov Л.У., Jankovskij Ь.У. // Sovremennye prob1emy nauki i obrazovanija. 2012. № 4. S. 92.
7. Sovershenstvovanie struktury otras1evoj diagnostiki federa1'nyh avtomobi1'nyh dorog / Лrzhanuhina S.P., Kochetkov Л.У., Kozin Л.S., Strizhevskij Б.Л. // Internet-zhurna1 Naukovedenie. 2012. № 4 (13). S. 70.
8. Prjamoj metod ocenki vzaimodejstvija ko1esa transportnogo sredstva i nerovnostej dorozhnogo pokrytija / Kochetkov Л.У., Be1jaev D.S., Shashkov I.G. // Ыете^ zhumal Naukovedenie. 2013. № 4 (17). S. 38.
9. Diagnostika i pasportizacija je1ementov u1ichno-dorozhnoj seti sistemoj videokomp'juternogo skanirovanija / Уasi1'ev Ju.Je., Be1jakov Л.В., Kochetkov Л.У., Be1jaev D.S. // Ыете^ита! Naukovedenie. 2013. № 3 (16). S. 55.
