Бесплатный по России: 8 (800) 500-28-01
Пн-Пт, с 9:00 до 18:00

Эффективность геосинтетиков в конструкциях дорожных одежд

В связи со значительным увеличением транспортных нагрузок и повышением требований к транспортно-эксплуатационному состоянию автомобильных дорог армирование конструкций дорожных одежд стало актуальной задачей. На сегодняшний день таким способом уже построены тысячи километров автотрасс в США, Канаде, странах Европы. Нельзя не отметить, что и в России геосинтетики в последние годы стали широко использоваться при строительстве, ремонте и реконструкции автомобильных дорог и аэродромов в различных регионах, в том числе в суровых климатических условиях. При этом мнения специалистов об эффективности использования геосеток и плоских георешеток для армирования дорожных одежд весьма расходятся — от безусловного принятия до категорического отрицания.

Эффективность геосинтетиков

Оценка эффективности применения геосинтетических материалов в условиях России является чрезвычайно важной задачей. В связи с этим в МАДИ за последние годы был проведен ряд теоретических и экспериментальных исследований, направленных на изучение напряженно-деформированного состояния дорожных одежд при воздействии транспортных нагрузок и температурных факторов.

Кроме того, построено несколько экспериментальных установок с применением различных геосинтетических материалов как зарубежного, так и отечественного производства в разных регионах России (на федеральных дорогах «Колыма», «Амур», «Холмогоры», «Балтия», «Россия» и других). В ходе исследований оценивалась трещиностойкость, по сравнению с неармированными конструкциями, прочность дорожных одежд, продольная и поперечная ровность покрытий. Изучалось состояние геосеток после нескольких лет эксплуатации.

На трассе «Колыма» (Якутск — Магадан) при капитальном ремонте цементобетонного покрытия были применены стеклосетки с целью замедления отраженного трещинообразования в асфальтобетонных слоях усиления. В течение трех лет проводились наблюдения за этими опытными участками. Транспортные нагрузки на них небольшие, и слои усиления, армированные стеклосетками, показали лучшую трещиностойкость по сравнению с контрольными участками без армирования, особенно в первые два года. Затем эффект армирования снижается.

На дороге «Амур» (Чита — Хабаровск) выполнено армирование асфальтобетонного покрытия стеклосетками, полимерными сетками и стальной сеткой. В районах с суровыми климатическими условиями и широким диапазоном колебания температур стекловолокно при армировании асфальтобетонного покрытия зарекомендовало себя несколько лучше, чем полимерные материалы. Это можно объяснить тем, что физико-механические свойства стекловолокна остаются неизменными в очень широком диапазоне температур. Прочность дорожной одежды благодаря улучшению сцепления между армированными слоями асфальтобетона увеличивается на 7–15%. В этих условиях наиболее эффективны геосетки из стекловолокна с прочностью на разрыв 100 кН/м и более.

Продуктивность их использования в значительной степени зависит от технологии укладки и качества применяемых материалов армирования. Так, испытания различных стеклосеток показали, что не все из них выдерживают истирающие и перерезывающие воздействия от каменных материалов при уплотнении асфальтобетонной смеси катками. Потери могут составлять до 80–90% от первоначальной прочности на разрыв. Важным фактором также является подбор материалов для пропитки стеклосеток. Некоторые из них имеет недостаточную адгезию к асфальтобетону, что отрицательно сказывается на их работе в конструктивных слоях покрытий.

При нарушении технологии укладки сетки выполняют функции разделительной прослойки между слоями асфальтобетона, что приводит к быстрому разрушению верхнего слоя покрытия. Толщина его должна быть не менее 6–8 см. Необходимо обеспечивать достаточный защитный слой арматуре.

Отрицательные результаты, связанные с нарушением технологии работ, имели место в Ижевске и Мурманской области при применении стеклосеток для армирования асфальтобетонных покрытий.

На участке км 211 — км 218 дороги «Россия» (Москва — Санкт-Петербург) при армировании асфальтобетона металлической сеткой верхний слой был устроен менее 5 см. В результате произошел ее отрыв от основания вместе с покрытием.

Сетки из полимерных материалов (полипропилена, полиэстерного волокна), способствуют замедлению процесса образования трещин на асфальтобетонных покрытиях, вызванных динамическим воздействием транспортных средств, и в меньшей степени — температурными деформациями. Их более эффективно использовать в условиях умеренного климата с высокими транспортными нагрузками. Укладка геосеток из полимерных материалов в асфальтобетонных слоях позволяет снизить интенсивность колееобразования. Летом, при относительно высоких температурах асфальтобетона в покрытии, когда его модуль упругости значительно снижается, полимерные армирующие материалы проявляют свои положительные качества.

Следует отметить, что стальные сетки хорошо перераспределяют напряжения при воздействии динамических транспортных нагрузок. При армировании модуль упругости дорожной одежды увеличивается на 10–15%. Однако технология укладки стальных сеток довольно сложна. Тем не менее, как показала практика, они бывают незаменимы на отдельных участках дорог.

Следует также отметить, что встречаются случаи, когда геосинтетические материалы применяют там, где они совершенно не нужны. Например, при строительстве автомобильной дороги «Амур» полимерной геосеткой было армировано щебеночное основание, устроенное на прочном земляном полотне из крупнообломочных скальных грунтов.

При выборе геосинтетиков следует учитывать, что армирующий материал может эффективно выполнять свои функции только при соблюдении целого ряда условий:

  • необходимо прочное сцепление арматуры с армируемым материалом для обеспечения перераспределения возникающих напряжений;
  • прочность арматуры на растяжение должна быть значительно выше прочности армируемого материала с учетом усталостных явлений при многократном воздействии силовых нагрузок;
  • в противном случае теряется смысл армирования; модуль упругости арматуры должен быть значительно выше,
  • чем у армируемого материала; физико-механические характеристики армирующего материала должны быть стабильны и не зависеть от температурных колебаний, степени влажности и агрессивных воздействий окружающей среды — только в этом случае можно гарантировать длительную работу арматуры в покрытии;
  • арматура должна обладать низкой ползучестью для восприятия длительных температурных напряжений.

Расчеты показывают, что расходы на преждевременный ремонт автомобильных дорог многократно превышают «экономию», полученную в результате применения некачественных дешевых армирующих материалов.

При этом в существующих нормативных документах прописано недостаточно показателей, определяющих качество геосинтетиков, которые используются для армирования конструкций дорожных одежд. Например, для полимерных сеток очень важными параметрами являются толщина и профиль сечения ребра, форма и размер ячейки, прочность узла, однородность решетки.

Требуется улучшить нормативно-правовую базу, усовершенствовать систему сертификации продукции и услуг.

 

В. В. УШАКОВ, д. т. н., проректор МАДИ, заведующий кафедрой «Строительство и эксплуатация дорог»

19 февраля 2019 г.
ООО «Геополитекс» 302014, г. Орел, ул. Карачевская, д. 68в 8 (800) 500-28-01 8 (800) 500-28-01
Приложить файл: