Кваліфікаційна робота магістра
на тему: Аналіз впливу різноманітних чинників на тріщиноутворення нежорсткихдорожніх одягів
Зміст
Вступ
1. Огляд негативного впливутріщиноутворення на транспортно експлуатаційний стан автомобільних доріг
2. Аналіз основних причинта факторів, впливаючих на утворення тріщин
2.1 Вплив факторів кліматичногопорядку
2.2 Вплив факторів технологічногопорядку
2.3 Вплив факторів втомлено-часовогопорядку
3. Аналіз видів та частостітріщиноутворення в залежності від регіональних умов
4. Оцінка динамічного впливутранспортних засобів на тріщиноутворення
5. Оцінка зниження несучоїздатності дорожніх конструкцій під впливом крізних поперечних тріщин
6. Прогнозування тріщиноутвореннянежорстких дорожніх одягів
7. Сучасні способи ремонтутріщин на дорожніх покриттях
7.1 Розробка тріщин
7.2 Застосування геосинтетиків
7.3 Застосування щебенево– мастичного асфальтобетону
7.4 Інші методи ремонту тріщин
7.5 Устаткування для ремонтутріщин
8. Економічна ефективністьпропонуємих ремонтних заходів
8.1 Визначення кошторисноївартості виконання робіт щодо ремонту тріщин
8.2 Розрахунок економічноїефективності розглянутих технологій ремонту
Загальні висновки
Перелік посилань
Вступ
Автомобільний транспорт представляє собою однуз найважливіших галузей господарства України.В Україні, як і в інших країнах світу, автомобіль знаходить широке застосуваннядля господарських і ділових поїздок, для поїздок до місць короткочасного та тривалоговідпочинку та ін. Відбувається процес автомобілізації, суть якого заключається вшвидкому рості автомобільного парку та в проникненні автомобіля в усі сфери економічноїта соціальної діяльності людини.
Продуктивна робота автомобільного транспорту,ефективне використання особистих автомобілів вимагають наявності розвинутої мережіоблаштованих автомобільних доріг.
Ефективність роботи автомобільного транспорту багато в чому залежитьвід технічного рівня і стану доріг. При погіршенні технічного стану дороги знижуєтьсяпродуктивність і безпека дорожнього руху, підвищується собівартість перевезень.
Сучасні автомобільні дороги повинні забезпечуватибезпеку дорожнього руху, враховуючи при цьому психофізіологічні здібності сприйняттяводіями дорожніх умов. Повинні бути підвищені і вимоги до зручності руху на дорогах.
Забезпечення ефективних заходів з підвищення безпеки дорожнього руху,зменшення його негативного впливу на навколишнє середовище – все це являється складнимсоціально-економічним та технічним завданням. Вирішується воно шляхом будівництванових доріг, реконструкції існуючих, підвищення транспортно-експлуатаційного рівнямережі доріг, що вже склалася.
Тенденції розвитку дорожнього господарства України дозволяє зробитивисновок про те, що при обмежених фінансових ресурсах на перше місце виступаютьроботи по збереженню мережі існуючих доріг та забезпеченню вимагаємого транспортно-експлуатаційногостану. Аналіз літературних джерел свідчить про те, що на дорогах домінують деформаціїі руйнування, пов’язані з недостатньою деформаційною здатністю асфальтобетоннихпокриттів при від’ємних температурах. В залежності від регіонів, а відповідно івід природно-кліматичних умов, тріщини в асфальтобетонних покриттях являються одниміз основних чинників, що призводять до руйнування дорожніх покриттів. Наступнимаспектом цієї проблеми являється негативний вплив наскрізних тріщин на водно-тепловийрежим земляного полотна. Деструктивний характер води яка потрапляє через такі тріщини,проявляється передусім в перезволоженні ґрунту основи, втрати його несучої здатностіі як наслідок, в руйнуванні асфальтобетонного покриття в прилеглій зоні.
Викладене вище свідчить про необхідність розробки та реалізації приремонті і реконструкції доріг заходів, які дозволили б підвищити тріщиностійкістьасфальтобетонних покриттів, продовжити строки їх служби та знизити витрати на їхутримання.
Метою даної магістерської роботи є аналіз факторів які впливають натріщиноутворення та оцінка його негативного впливу на дорожні одяги нежорсткоготипу, обґрунтування методів ремонту даного виду руйнування.
1. Огляднегативного впливу тріщиноутворення на транспортно-експлуатаційний стан автомобільних доріг
Найбільш поширенимина території України є покриття, які влаштовують з використанням асфальтобетону.Поряд з високими технологічними та експлуатаційними показниками таке покриття володієсуттєвими недоліками – високою чутливістю до температурно-зволожувальної дії, безперервнимзмінам міцності та деформативних характеристик в часі у зв’язку з природним старіннямв’яжучого, що суттєво ускладнює прогнозування їх довговічності.
Багаточисельнідосліди показують, що умови роботи дорожніх одягів з такими покриттями в значніймірі визначаються фізико-хімічними, механічними та погодно-кліматичними факторами,в результаті спільної дії яких відбувається зміна якісних характеристик покриттяв процесі експлуатації. При вивченні особливостей роботи дорожніх покриттів з асфальтобетоннихсумішей неможливо розглядати ізольовано вплив на них тільки однієї окремої групифакторів, вони повинні розглядатися комплексно, так як в комплексі результат з впливубуде різко відрізнятися від впливу кожного з факторів окремо. Асфальтобетон в конструкціїдорожнього одягу абсолютно завжди знаходиться в напруженому стані, дана обставиназв’язана з тим, що виникаючі в ньому напруження ніколи повністю не релаксують. Припостійній наявності в асфальтобетоні залишкової напруги, покриття під впливом даноїнапруги буде руйнуватися. Руйнування у вигляді тріщин відбудеться, коли сумарна,яка накопилася в покритті, деформація асфальтобетону прирівняється до граничногозначення з тривалості для даного матеріалу.
Тріщини найбільшнебезпечний вид руйнування дорожнього покриття з точки зору порушення його суцільності.
Відомо, що саміпо собі тріщини не мають значного впливу на безпеку і комфортабельність руху подорогам. Серйозну небезпеку для транспорту і великі додаткові затрати, пов’язаніз утриманням доріг, викликають наслідки цих тріщин. За даними різних джерел першопричиноювиникнення від 70% до 90% вибоїн є наявні в дорожніх покриттях тріщини.
Особливо активнопроцес виникнення вибоїн розвивається у весняний період, чому сприяє чергуваннядодатних і від’ємних температур повітря та покриття, наявність води в порах покриття.Проникаючи в раковини та мікро тріщини покриття, вода здійснює розклинюючи дію,яке значно збільшується при її замерзанні. Зв’язки між частками матеріалу послаблюютьсяі під впливом коліс автомобіля утворюється вибоїна, яка може швидко збільшитися.
Наїжджаючи навибоїну, колесо отримує поштовх, що призводить по повторного динамічного удару надеякій відстані за вибоїною. При багаторазовому повторенні цього навантаження утворюєтьсянаступна раковина або тріщина, які потім зливаються в одну велику вибоїну.
Іншим аспектомпроблеми тріщино утворення є негативний вплив крізних тріщин на водно-тепловий режимземляного полотна. Деструктивний характер води, яка поступає крізь такі тріщинипроявляється, перш за все, в перезволоженні ґрунту основи, витрати його несучоїздатності та, як наслідок, у руйнуванні асфальтобетонних покриттів у прилягаючихзонах.
Тріщини на покриттяхбувають різних розмірів і форми. На асфальтобетонних та інших покриттях, побудованихз використанням органічного в’яжучого, тріщини можуть бути одиночні поперечні, повздовжні,косі та у вигляді сітки.
Утворення тріщинє головною причиною передчасного руйнування дорожнього одягу: існує закономірністьзниження міцності дорожнього одягу нежорсткого типу в залежності від наявності тріщин.Також при обстеженні дорожніх конструкцій було встановлено, що найбільша неоднорідністьвологості та щільності, а також і міцність спостерігається у верхній частині земляногополотна в місцях де є або відремонтовані тріщини. В цих місцях середня вологістьґрунту полотна на 15-30% вища, ніж в місцях де немає порушення поверхні покриття,що веде до значного зниження щільності і міцності ґрунту і ослаблення в цих місцяхдорожніх конструкцій в цілому( в місцях наявності тріщин на перезволожених ділянкахпід динамічною дією важкого автомобільного транспорту можуть виникати просадки).
Негативний впливтріщин у шарі асфальтового одягу полягає в тому, що вода проникає в шар асфальтовогоодягу, а при тріщинах, що йдуть крізь весь дорожній одяг, і в основу. Проникненняводи спричиняє поява наступних ефектів:
– підвищення вмістуводи в неукріплених шарах знижує несучу здатність неукріпленого несучого шару йбудівельної основи.
– замерзаючи,вода в дорожній конструкції може привести як до відшаровування асфальтобетонногопокриття й місцевого руйнування структури асфальту в шарах покриття, так і до пученняу нижніх шарах, викликаних морозом.
Збиток, заподіюванийу результаті цього, зв'язаний, як правило, з ремонтом шару асфальтобетонного одягу,або навіть із повним відновленням дорожньої конструкції. Крім того, через проникненнякисню крізь тріщини прискорюється процес старіння бітуму.
Крім того, виконанняремонтних робіт на асфальтобетонних покриттях супроводжується частковим або повнимперекриттям руху у даному напрямку. Це призводить до затримки транспортних засобів,що в свою чергу веде до подорожчання вартості перевезення вантажів та пасажирів.Часті ремонти ведуть до значних капітальних вкладень в експлуатацію автомобільнихдоріг.
Застосування сучасних технологій при ремонтах асфальтобетоннихпокриттів дозволяє відсунути строки дорогої реконструкції, одержати економію зарахунок зниження витрат на наступне утримання.
Шляховики знають,що для ремонту тріщин звичайно застосовується медичний термін «санація» – комплекслікувально-профілактичних заходів, спрямованих на попередження й ліквідацію захворюваньзубів. Тріщини на покритті подібні до хворих зубів, що роблять шкідливий вплив навесь організм людини. І чим раніш й надійніше їх почати «лікувати», тим здоровішебуде «організм» автомобільної дороги.
Тому рішення проблемитріщиностійкості асфальтобетонів слід розглядати в якості однієї з головних дляпідвищення довговічності покриття.
2. Аналізосновних причин та факторів, впливаючих на утворенння тріщин
транспорт тріщинадорога покриття
Під надійністюдорожнього одягу розуміють ймовірність безвідмовної роботи конструкції на протязівсього періоду експлуатації до ремонту. Кількісно рівень надійності представляєвідношення протяжності міцних (непошкоджених) ділянок до загальної протяжності одягуз відповідним значенням коефіцієнту міцності.
З характернихдля асфальтобетонного покриття пошкоджень найбільш небезпечні поперечні тріщини.В усіх випадках утворення тріщин на дорожніх асфальтобетонних покриттях відбуваєтьсявнаслідок скорочення (при охолодженні) їх розмірів, або при прогині покриття, викликаномув основному деформацією основи і земляного полотна. Тріщини виникають втому випадку,якщо гранично можливе для даного покриття розтягнення і подовження при даних температурахі навантаженні являється недостатнім для запобігання виникаючим критичним напруженнямв покритті, перевищуючих його опір розриву.
З їх виникненнямнайбільш інтенсивне руйнування асфальтобетону виникає в зоні переходу коліс автомобіляз одного краю тріщини на другий – виникнення вибоїн.
Вибоїни – місцевіруйнування покриття глибиною від 20 до 100 мм і більше з різко викресленими краями.Вони виникають перш за все із-за недостатнього зв’язку між мінеральними та органічнимиматеріалами, недоущільнення покриття, забруднення, використання недоброякісних матеріалів(перепалення асфальтобетонної суміші, попадання необробленого щебеню або піску всуміш і т.д.).
Особливо активнопроцес виникнення вибоїн розвивається у весняний період, чому сприяє чергуваннядодатних і від’ємних температур повітря та покриття, наявність води в порах покриття.Проникаючи в раковини та мікро тріщини покриття, вода здійснює розклинюючи дію,яке значно збільшується при її замерзанні. Зв’язки між частками матеріалу послаблюютьсяі під впливом коліс автомобіля утворюється вибоїна, яка може швидко збільшитися.
Наїжджаючи навибоїну, колесо отримує поштовх, що призводить по повторного динамічного удару надеякій відстані за вибоїною. При багаторазовому повторенні цього навантаження утворюєтьсянаступна раковина або тріщина, які потім зливаються в одну велику вибоїну.
Іншим аспектомпроблеми тріщино утворення є негативний вплив крізних тріщин на водно-тепловий режимземляного полотна. Деструктивний характер води, яка поступає крізь такі тріщинипроявляється, перш за все, в перезволоженні ґрунту основи, витрати його несучоїздатності та, як наслідок, у руйнуванні асфальтобетонних покриттів у прилягаючихзонах.
Тріщини на покриттяхбувають різних розмірів і форми. На асфальтобетонних та інших покриттях, побудованихз використанням органічного в’яжучого, тріщини можуть бути одиночні поперечні, повздовжні,косі та у вигляді сітки.
Тріщини поперечнікрізніна всю ширину покриття (температурні) виникають восени та на початкузими внаслідок різких перепадів температури повітря і недостатнього опору температурнимнапруженням. Вони розміщуються по проїзній частині на певній відстані одна від одної(5-10 м).
Повздовжні тріщини,розташовані через 20-40 см одна від одної на смугах накату, в сполученні з поперечнимитріщинами через 1-4 м на всю ширину проїзної частини бувають на покриттях, які містятьорганічне в’яжуче, побудованих на неміцних основах з ґрунтів або кам’яних матеріалів,укріплених мінеральним в’яжучим (цемент, вапно, золи зносу).
Повздовжнітріщини на асфальтобетонних покриттях часто з’являються на стику двох смуг укладкипокриття при поганому спряженні. Повздовжні тріщини на смугах накату виникають підінтенсивним рухом автомобілів через недостатню міцність окремих шарів одягу та ґрунтовоїоснови (недоущільнення, перезволоження), перевищення навантажень та інтенсивностіруху в порівнянні з розрахунковими. Тріщини повздовжньо-косі виникають внаслідокнедостатньої міцності дорожнього одягу, недоущільнення ґрунтів полотна і їх наступноїосадки, особливо на високих насипах, а також над трубами.
Сітка тріщин змілкими комірками на смугах накату з розміром сторін 10-20 см буває на покритті,як правило, при недостатній міцності основи на ділянках відтавання перезволоженогоґрунту в весняний період і період пучино утворення. Головна причина більшості тріщин– втомленість дорожніх одягів, їх недостатня міцність.
Волосяні тріщини(схожіна павутину) шириною 1-2мм на шарі зносу починають виникати в повздовжньому напрямкуі концентруються у колії. Вид мозаїки вони приймають з самого початку тріщиноутворення.Такий тип тріщин нагадує руйнування від втомленості. Цей дефект важко побачити,але він добре видимий на вологому покритті. Якщо покриття містить розжижене в’яжуче,то в теплий час тріщини закриваються. Виникають в наслідок наступних причин: занадтомало в’яжучого; недостатня адгезія асфальтобетонного покриття; втомленість дорожньогоодягу в результаті повторюючихся навантажень при інтенсивності руху [4]. Всі видитріщин згруповано, описано причини їх виникнення на листі 1.
Досвід експлуатаціїавтомобільних доріг з асфальтобетонним покриттям показує, що перші тріщини в нихвиникають на протязі першого року експлуатації, як правило спочатку виникають внутрішнітріщини. Процес виникнення внутрішніх тріщин і пошкоджень є результатом взаємногонакладення двох незалежних, але зв’язаних один з одним ефектів. Перші з них – церозповсюдження внутрішніх напружень та їх концентрацій, обумовлене зовнішніми факторами,другий – розповсюдження локальної міцності матеріалу, внутрішніх пошкоджень і структурнихдефектів. У випадку асфальтобетонної суміші можна думати, що значні структурні змінипід впливом зовнішніх факторів можуть привести до виникнення дефектів структури,які сприяють процесу руйнування. В моделі крихкого руйнування асфальтобетонної сумішіслід також враховувати випадок, коли під впливом зовнішнього навантаження може настатиконсолідація, тобто змикання мікро тріщин і навіть тріщин.
Ці первинні тріщинипрактично визначають увесь подальший процес тріщиноутворння в часі та їх фіксуванняпредставляє велику наукову цінність для прогнозування довговічності асфальтобетоннихпокриттів.
Для класифікаціїтяжкості і об’єму пошкоджень в якості масштабу застосовується частота тріщин (табл.2.1).Стан покриття
Довжина тріщини
м/10м2 Ширина тріщини мм Глибина тріщини см Немає тріщин - - -
Початок
виникнення тріщин 3 2 1
Сильне
виникнення тріщин близько 10 3-10 1-5 Дуже сильне виникнення тріщин 15 10 5
Таблиця 2.1 — Класифікація тяжкості та об’єму тріщин
2.1 Вплив факторівкліматичного порядку
Крізні тріщиниє одним з основних видів руйнувань асфальтобетонних покриттів в усіх дорожньо-кліматичнихзонах і являються початком для розвитку інших видів руйнувань.
Руйнування асфальтобетонузалежить від швидкості навантаження і температури та може носити як крихкий, такі в’язкий характер. Виникнення тріщин на асфальтобетонних покриття відбуваєтьсяв основному в холодну пору року – взимку або ранньою весною, а також в період відтавання.При більш низьких температурах спочатку виникають правильні поперечні так званітемпературні тріщини. Їх появі сприяє швидке пониження температури(таке, наприклад,коли менше ніж за добу вона знижується від 0 до -15, -200). На асфальтобетоннихпокриттях на бетонній основі такі тріщини з’являються над температурними швами притемпературах нижче -100. відстань між „температурними” тріщинами різна– від 8-10м до 40-50м. Ця відстань визначається властивостями покриття і видом основи.На покриттях по бетонній основі вона визначається звично відстанню між температурнимишвами в основі, які влаштовують через 15-20м. Температурні тріщини можуть бути іповздовжніми, якщо ширина дороги перевищує 10-12м. При двоскатному профілі вонирозміщуються по вісі дороги, а при бетонній основі над повздовжнім температурнимшвом. Температурні тріщини відрізняються від інших підвищеною шириною, яка сягає1,5см і більше. Ширина тріщин збільшується з часом. Температурні тріщини виникаютьвнаслідок скорочення розмірів покриття при його охолодженні при одночасному збільшенніпо мірі охолодження хрупкості асфальтового покриття. Скорочення асфальтобетону призниженні температури значне, що пояснюється його значним коефіцієнтом температурногорозширення(0,00004-0,00005). Про величину розширення можна судити з того, що ділянкадороги довжиною 20м при охолодженні від +50до -200скорочуєтьсяприблизно на 2,5см. При охолодженні в інтервалі додатних температур таке скороченняне призводить до розтріскування, оскільки асфальтобетон в силу пластичності та еластичностіздатний розтягуватись під дією напружень. Внаслідок цього виникаючи в покритті напруженняпоступово гасяться, не доходячи до критичних розмірів. При максимальному зниженнітемператури асфальтобетон в значній мірі втрачає пластичність і стає крихким. Вякийсь момент покриття практично повністю втрачає властивість розтягуватись і принаступному охолодженні і скороченні розмірів напруження в ньому в результаті цьогопідвищуються настільки, що перевищують міцність його розтягу і призводять до виникненнятріщин в покритті.
Виникнення температурнихтріщин визначається в основному властивостями самого покриття – його теплостійкістюта тріщиностійкістю і при підвищенні останньої може запобігатись. Важче домогтисяцього на покритті по бетонній основі, на яких розтягу, при тому значному, наражаєтьсяневелика по довжині смуга покриття, яка розміщується безпосередньо над температурнимшвом основи, значно розширюючомуся при охолодженні. Слід відмітити, що частка впливутимчасового навантаження і температурних перепадів на утворення тріщин ще не достатньодосліджені і очевидно їх співвідношення в значній мірі залежить від кліматичнихумов експлуатації.
Розглянемо напруженийстан асфальтобетонного покриття безпосередньо після його влаштування. Вважаючи покриттябезкінечно довгим, розділимо його по товщині на систему шарів δі (і = 1,2,…к), в межахкожного з яких температура Ті приймається постійною (дана схемаприведена в графічній частині роботи на листі 3). Під впливом циклічних змін температурипо товщині асфальтобетонного покриття в контактних площинах між і-тим і (і+1)-им шарами виникають дотичні – τі(х) та нормальнінапруження – rі, величина і напрямок яких змінюються в залежності від нагрівання чиохолодження покриття. При різкому зниженні температури Тв на поверхніасфальтобетону процесу вільного стиску верхнього шару перешкоджають шари з більшвисокою температурою. В зв’язку з цим ймовірність та координати з’явлення першихтріщин в поверхневому шарі і подальший їх розвиток по товщині асфальтобетонногопокриття до підстилаючого шару залежать від градієнта зміни Т і розподіленняміцності на розтяг матеріалу по довжині верхнього шару.
В зв’язку з випадковістюцих процесів координати виникнення первинних тріщин також є випадковими величинами.Процес виникнення вторинних тріщин більш близький до детермінованого і в ньому суттєвуроль відіграє зона контакту покриття з основою.
/>
Рис. 2.1 Схематемпературної дії на асфальтобетоне покриття
Отже, тріщинина покриттях виникають в результаті швидкого росту температурних напружень при різкихпохолоданнях в зимовий період, а також від прогинів в місцях нерівностей, виникаючихголовним чином в період промерзання або відтавання земляного полотна. Якщо крихкістьасфальтобетону через мірна, то ці дефекти в сполученні з транспортними навантаженнямичасто приводять до значних руйнувань покриття.
2.2 Вплив факторівтехнологічного порядку
Часто виникненнятріщин зв’язано з нестійкістю і недостатньою міцністю основи, в яких під дією навантаженняабо під впливом погодних умов виникають небезпечні за розмірами деформації. Такідеформації спостерігаються ранньою весною після відтавання ґрунтової основи дороги.Деформації верхніх шарів покриття, викликані нестійкістю самої основи, а не підстилаючихґрунтів, зустрічаються значно рідше оскільки основа і підстилаючи шари улаштовуютьсяіз матеріалів які не втрачають помітним чином міцності і стійкості при зволоженні.Такі деформації пластичного характеру виникають інколи при гравійних основах з надлишкомпилувато-глинистих фракцій і при застосуванні в основі неякісних матеріалів, наприклад,дрібного глинистого піску в підстилаю чому шарі. Хоча недостатні стійкість та міцністьоснови і впливає на розтріскування асфальтобетонного покриття, при достатньо міцнихосновах розтріскування визначається властивостями самого покриття – різним ступенемйого тріщиностійкості.
Тріщиностійкістьасфальтобетону в зимово-весняний період може бути забезпечена достатньою для конкретнихумов деформативністю при розтязі та згині, що залежить в основному від реологічнихвластивостей цього матеріалу.
Тріщини є признакомнедостатньої міцності на зріз та розтяг. Причини цього можуть лежати в межах конструктивнихнедоліків або недоліків будівельних матеріалів. Так наприклад, глибокі тріщини вдорожньому покритті виникають при низьких температурах в тому випадку, коли міцністьасфальту на розтяг нижче, ніж розтягуюче напруження, виникаюче в результаті просадкипід впливом холоду. Але не завжди утворення тріщин можливо об’яснити тільки недостатньоюповедінкою при низьких температурах. В багатьох випадках утворення тріщин викликанопевними переважними причинами:
Сіткові тріщини:
– конструктивнінедоліки, тобто недостатні розміри або недостатня несуча здатність основи;
– дуже твердев’яжуче;
– відсутністьконтакту між шарами.
Повздовжні тріщини:
– недостатні розміриабо невірне виконання будівельних робіт;
– передчасні утомленіявища в асфальті.
Повздовжні тріщинив середині дорожнього полотна:
– неякісне виконаннястиковочних швів;
– утворення лінзз льоду в несучій конструкції.
Поперечні тріщини:
– використаннянеузгоджених з районом експлуатації будівельних матеріалів, наприклад, дуже твердогов’яжучого;
– глибокі тріщинипісля укочування;
– відбивання тріщиниз земляного укріплення, лежачого під дорожнім покриттям.
Часто спостерігається,що у випадку виникнення тріщин в результаті несприятливої поведінки при низькихтемпературах, поверхня дорожнього покриття в тих місцях, де є недостача в’яжучогоі надлишок щебеню, швидко становиться пористою, виникає відшарування і виніс матеріалу.Якщо в місцях дорожнього покриття з тріщинами виконують відбір проб або буріннякернів, то часто виявляється, що ці тріщини не пронизують всю товщу дорожнього полотна,а закінчуються у верхній треті бітумного покриття. При відсутності контакту міжшарами тріщина закінчується навіть в місці розділу шарів. В таких випадках, частішеза все неможливо з’ясувати чи утворився розподіл шарів під впливом води в результатіпроникнення її крізь тріщини або ж при укладанні дорожнього полотна не було забезпечененадійне зчеплення між шарами і в результаті цього проходило прискорене утвореннятріщин.
Дорожні покриттяз прихованими дефектами в результаті накладання цілого ряду несприятливих факторівхарактеризуються передчасним і прискореним виникненням тріщин, однак при одночасномувиникненні сприятливих факторів такі покриття можуть залишатися або повністю полагодженими,або характеризуватися повільним тріщино утворенням і виникненням пошкоджень. Знаннятаких факторів особливо важливо тоді, коли в гарантійний період спостерігаєтьсяпочаток тріщино утворення і тому необхідно вирішити, чи не має тут скритого дефектута чи потрібно розраховувати на виникнення інших явних недоліків.
Тріщини виникаютьв дорожньому полотні при низьких температурах особливо тоді, коли в’яжуче занадтотверде.
Можна назватинаступні можливі причини передчасного затвердіння бітумів, що не дозволяє повністювиключити можливість передчасного виникнення тріщин з цих причин:
— використаннябітуму, який не відповідає якості, вказаній у контракті;
— несприятливаповедінка при старінні;
— неправильнапідготовка і транспортування (перегрів, силосування та транспортування при доступікисню і т. д.).
Існує однозначнийвзаємозв’язок між тріщино утворенням і об’ємом пустот в асфальтобетоні верхньогошару. Чим більший об’єм пустот у верхньому шарі, тим твердіший досліджуємий в цьомумісці бітум і тим сильніше виражено тріщино утворення.
Отже, тріщинивиникають при використанні занадто твердого бітуму або такого бітуму, який затвердівпри перемішуванні з занадто гарячими мінеральними речовинами. Асфальт на основітаких в’яжучих володіє занадто великою крихкістю і в результаті цього він не в змозікомпенсувати усадку верхнього шару дорожнього покриття, яка виникає при низькихтемпературах.
2.3 Вплив факторіввтомлено-часового характеру
На надійністьроботи дорожніх покриттів значно впливають втомленосні явища. Механізм втомленогоруйнування представляється наступним чином – при проході колеса автомобіля максимальнірозтягуючи напруження виникають в основі покриття, хоч вони значно менші критичнихіз-за неоднорідності матеріалу. Локальні напруження часто значно відхиляються відсереднього значення, і в місцях де вони перевищують границю пружності плівок бітуму,зв’язки рвуться. Повторне прикладення навантажень приводе до накопичення розірванихзв’язків. В результаті через визначене число циклів прикладення навантажень в нижнійчастині покриття виникають мілкі тріщини, які потім об’єднуються в великі. Тріщиниодночасно ростуть в двох напрямках: вверх і паралельно площині покриття. При подальшомунавантаженні тріщина проходить крізь покриття і стає видимою на його поверхні.
По мірі старінняасфальту на проїзній частині нещільні кромки асфальтобетону відокремлюються підвпливом руху транспорту та погодних умов. Асфальт починає втрачати свою в’язкістьі твердіє. Зміни температури примушують покриття розширюватися та стискатися, щопризводить до виникнення тріщин. Подальші переміщення, викликані транспортними навантаженнями,можуть розширити тріщини. Крім того при старінні в’яжучого, покриття стає більшжорстким. Спочатку утворюються волосяні, потім більш широкі тріщини, в які проникаєвода, яка замерзає взимку, і покриття поступово руйнується. Для шарів з коагуляційнимтипом структури найбільш характерні втомленосні та температурні тріщини, деформаціїу вигляді зсувів і напливів. Фізико-механічні властивості матеріалів, обробленихбітумом, визначаються особливостями зв’язків, виникаючих між окремими зернами, тазалежать від властивостей бітуму, товщини його плівки, а з часом – від зміни йогохімічного складу.
При старінні матеріалуасфальтобетону під дією води та кисню повітря виявляються три стадії. На першійстадії довгий час наростає міцність, водостійкість, зменшуються деформативні властивостіматеріалу. Це відбувається за рахунок зменшення кількості масел, збільшення смол,особливо асфальтенів, підвищення в’язкості та когезії бітуму в результаті його взаємодіїз мінеральним матеріалом. На другій стадії старіння знижується водо — і морозостійкістьбітумомінерального матеріалу без помітної зміни його міцності. Третя стадія супроводжуєтьсярізким зниженням міцності матеріалу, підвищенням його водо насичення, набуханнята зменшенням водо — і морозостійкості. Це призводить до корозії покриття, посиленоговикришування мінеральних часток і утворення вибоїн та руйнувань[4].
/>
Рис. 2.2Вплив старіння бітуму на довговічність покриття
Умовніпозначення:
1 – змінакогезійної міцності бітуму;
2 – зміна міцностіпокриття;
К, С – точки різкогопадіння міцності.
3. Аналізвидів та частості тріщиноутворення в залежності від регіональних умов
Регіональніумови розміщення ділянок автомобільної дороги мають безпосередній вплив на умовиексплуатації автомобільних доріг. Взагалі на умови експлуатації великий вплив маютькліматичні умови: перепади температури повітря, кількість опадів які в свою чергувпливають на вибір асфальтобетонної суміші при будівництві автомобільних доріг,виникнення та наявність тріщин на покритті і інших видів деформацій та руйнувань.
Не меншважливе значення на умови експлуатації чинять грунтово-геологічні умови і рельєфмісцевості: вид ґрунту земляного полотна, умови зволоження земляного полотна, переломиповздовжнього профілю автомобільної дороги.
Регіональніумови пов’язані з наявністю місцевого будівельного матеріалу який використовуєтьсяпри будівництві шарів дорожнього одягу: мартенівські та доменні шлаки, різновидикам’яних матеріалів та пісків.
Всі перерахованіфактори в тій чи іншій мірі будуть впливати на тенденцію утворення тріщин на дорожніхпокриттях.
Для проведенняаналізу використовувались дані обстеження автомобільної дороги Київ – Харків — Довжанський,а зокрема її ділянок з 396км по 440км в Харківській області, з 647км по 697км вДонецькій області і з 760км по 810км в Луганській області. Обстеження проводилисьв 2005 році ходовою дорожньою лабораторією кафедри Будівництва та експлуатації автомобільнихдоріг Харківського національного автомобільно-дорожнього університету.
Кліматичніособливості та основні види руйнувань у вигляді тріщин на вибраних ділянках дорогиприведені нижче:
Харківськаобласть розташована на північному сході України, на вододілі річок систем Доната Дніпра, у степовій та лісостеповій зонах та відноситься до У-ІІ і У-ІІІ кліматичнихзон. Поверхня – хвиляста рівнина, розчленована річними долинами, ярами й балками.
Кліматпомірно континентальний. Влітку переважають вітри західних та північно-західнихнапрямків, а взимку – східних та південно-східних, що зумовлює значне похолоданнявзимку та різке підвищення температури в літні місяці; жарке літо поєднується зізначними опадами у вигляді злив. Виразною особливістю зими є часті відлиги, викликаніпереміщенням циклонічних утворень з Атлантики, Середземного або Чорного морів. Прицьому мають місце завірюхи та ожеледі. Середньорічна кількість опадів від 457 ммна сході до 536 мм на заході, причому до 50% загальної кількості опадів випадаєвлітку.
Періодибез опадів, тривалістю до 20 днів, можливі 1-2 рази на рік, до 30 днів – 1 раз нарік, до 40 днів – 1 раз у 2-3 роки.
Зима триває в середньому близько 4 місяців й наступаєу другій декаді листопада.
Середнявисота снігового покрову – 23 см, а один раз в 20 років складає 50 см. В періодзавірюх, які відзначаються в середньому на протязі 22 днів, максимальний об’єм сніговогоприносу складає 200 см3 на погонний метр. Стійкий сніговий покров, всередньому, з’являється 17 грудня й сходить 14 березня. Середня багаторічна глибинапромерзання — 105см. Максимальна глибина промерзання оголеного ґрунту — 125см. Наприкінціберезня настає потепління. У окремі роки заморозки спостерігаються й наприкінціквітня.
Середньомісячнатемпература повітря найбільш холодного місяця (січня) -7,30С, а найбільштеплого (липня) +280С. Абсолютний мінімум -360С, а абсолютниймаксимум (у липні) +390С.
Середньомісячнашвидкість вітрів в зимовий період, маючи переважно східний та південно — східнийнапрямок — 5м/сек, а в літній період, маючи переважно західнийта північно — західний — 4,4м/сек .
Живлення горизонту здійснюється за рахунок інфільтрації атмосфернихопадів, підтока з нижче лежачих водоносних горизонтів та русел річок. В основному,ґрунтовий потік має ухил в бік річок. Глибина рівня ґрунтових вод воліється від0 до 3-4 м.
Таблиця 3.1- Характеристики погодно-кліматичнихфакторівМісяці Середньо місячна температура повітря t Переважні напрямки вітру Швидкість вітру середньо місячна, м/с Середньо місячна кількість опадів, мм Число днів з опадами більше 5мм Висота снігового покрову, см Кількість днів з грозами Число днів з хуртовинами 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I -7,4 Сх 3,0 34 2,0 15 0,04 4 II -7,0 Сх 3,2 26 1,4 20 3 III -1,6 Сх 3,0 32 2,1 13 0,1 2 IV 7,1 Сх 3,0 39 2,5 0,8 0,2 V 15,0 Сх 2,6 49 3,2 4 VI 18,1 ПнЗх 2,3 69 4,6 7 VII 20,3 Зх 2,1 62 4,0 7 VIII 18,9 Зх 2,2 55 3,3 5 IX 13,5 Зх 2,3 35 2,0 1 X 7,2 ПдСх 2,7 43 2,7 0,3 0,1 XI 0,4 ПдСх 2,9 40 2,7 1 0,3 XII -5,2 Сх 2,9 38 2,0 7 3
Харківська область знаходиться за грунтово –геологічними умовами у районах ІІІР.4 (суглинок) і IVP.9 (важкий суглинок, глина). За умовами роботи асфальтобетонів вона знаходитьсяв районах А-3 (асфальтобетон типу А, Б, Г і бітум марки БНД 60/90, 90/130) на півночіі А-6 (асфальтобетон типу А, Б, Г і бітум БНД 40/60, 60/90) на півдні.
Конструкція дорожніх одягів на всій протяжності автомобільноїдороги і міцність показана на лінійному графіку ( лист..)
По результатам обстеження ділянки автомобільної дороги Київ– Харків – Довжанський в Харківській області були одержані наступні результати накожних 10 кілометрах обраної ділянки в відсотках від довжини, таблиця 3.2.
Таблиця 3.2 – Дані обстеження по Харківській областіДілянка дороги Київ – Харків – Довжанський в Харківській області КМ Міра ураження ділянки і протяжність в % від довжини Поперечні тріщини Сітка тріщин Повздовжні тріщини Косі тріщини Рі-вень 1 Рі-вень 2 Рі-вень 3 Рі-вень 1 Рі-вень 2 Рі-вень 3 Рі-вень 1 Рі-вень 2 Рі-вень 3 Рі-вень 1 Рі-вень 2 Рі-вень 3 396-406 15,5 6 10,15 3,5 406-416 2,5 7,5 2,5 416-426 1 426-436 27 4,5 4,5 0,3 436-446 14 6 4,5 1 26,25
По даним обстеження можна зробити наступні висновки,що на даній ділянці автомобільної дороги в Харківській області переважають наступнівиди ушкоджень – поперечні і повздовжні тріщини усіх 3-х рівнів ураження. Лише наділянці 436км-446км мають місце руйнування у вигляді сітки тріщин 1-го і 2-го рівнівураження. Поперечні тріщини могли з’явитись у наслідок старіння асфальтобетону чивикористання надто в’язкого бітуму, температурних перепадів, втомленість дорожньогоодягу, неякісне ущільнення; повздовжні тріщини — порушення технології укладанняасфальтобетону, втомленість дорожнього одягу; сітка тріщин — недостатня несуча здатністьдорожнього одягу через недоущільнення або перезволоження хитливих ґрунтів, утомадорожнього одягу, пучиноутворення, крихкість в’яжучого.
Донецька область розташована на Пд. Сх., відноситься до У-ІІІдорожно-кліматичної зони. Поверхня — переважно хвиляста рівнина (висота до 200 м),розчленована ярами й балками. Північно-східна частина зайнята Донецьким кряжем:до Пд. він переходить у Приазовську височину, що знижується до Азовського моря,обриваючись до нього помітним уступом (до 20 м). Клімат помірно континентальний.Середня температура січня від –7,8°С на Пн. Сх. до –5,4°С на Пд., липня відповідно20,8°С и 22,8°С. Опадів за рік від 450 мм на Пд. до 500 мм у межах Донецького кряжа.Навеснібувають суховії, влітку посухи, іноді пилові бурі, град, взимку заметілі. Головні ріки: СіверськийДонець, Самара, Вовча, Кальмиус, Грузский Еланчик та ін. Багато річок улітку пересихають.Глибина промерзання 0,95 метра
Таблиця3.3 Характеристики погодно-кліматичних факторівМісяці Середньо місячна температура повітря t Переважні напрямки вітру Швидкість вітру середньо місячна, м/с Середньо місячна кількість опадів, мм Число днів з опадами більше 5мм Висота снігового покрову, см Кількість днів з грозами Число днів з хуртовинами 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I -6,4 Сх 4,9 30 2,0 8 4 II -5,8 Сх 5,5 24 1,3 10 5 III -0,6 Сх 4,9 30 1,8 4 0,1 2 IV 8,3 Сх 4,9 34 2,5 0,7 0,1 V 16,0 Сх 4,4 49 3,5 4 0,0 VI 19,2 ПдЗх 4,0 61 3,8 8 VII 22,0 ПнЗх 3,3 58 2,9 8 VIII 20,7 ПнЗх 3,8 40 2,1 5 IX 15,4 ПнСх 4,2 34 2,3 1 X 8,6 ПнСх 4,6 31 2,3 0,4 XI 1,2 Сх 5,3 38 2,2 3 2 XII -3,7 ПнСх 5,3 38 2,2 3 2
Донецька область знаходиться за грунтово – геологічними умовамиу районі IVP.10 (важкий суглинок, глина). Заумовами роботи асфальтобетонів вона знаходиться в районі А-6 (асфальтобетон типуА, Б, Г і бітум БНД 40/60, 60/90).
Конструкція дорожніх одягів на всій протяжності автомобільноїдороги і міцність показана на лінійному графіку ( лист..)
По результатам обстеження ділянки автомобільної дороги Київ– Харків – Довжанський в Донецькій області були одержані наступні результати накожних 10 кілометрах обраної ділянки в відсотках від довжини, таблиця 3.4.
Таблиця 3.4 – Дані обстеження по Донецькій областіДілянка дороги Київ – Харків – Довжанський в Донецькій області КМ Міра ураження ділянки і протяжність в % від довжини Поперечні тріщини Сітка тріщин Повздовжні тріщини Косі тріщини Рі-вень 1 Рі-вень 2 Рі-вень 3 Рі-вень 1 Рі-вень 2 Рі-вень 3
Рі-вень
1 Рі-вень 2 Рі-вень 3 Рі-вень 1 Рі-вень 2 Рі-вень 3 647-657 10,5 9 8,5 8,5 1,5 657-667 667-677 26 19,5 10,5 7 0,3 677-687 19,5 14 2,5 1,5 687-697 2,5 3,5
По даним обстеження можна зробити наступні висновки, що наданій ділянці автомобільної дороги в Донецькій області переважають наступні видиушкоджень – поперечні тріщини 2-х рівнів ураження і повздовжні тріщини усіх 3-хрівнів ураження. Третій рівень ураження спостерігається лише на ділянках з 647кмпо 657км та 667км по 677км. Поперечні тріщини могли з’явитись у наслідок старіння асфальтобетонучи використання надто в’язкого бітуму, температурних перепадів, втомленість дорожньогоодягу, неякісне ущільнення, дорожній одяг складається із шарів з різним коефіцієнтомтемпературного розширення; повздовжні тріщини — порушення технології укладання асфальтобетону,неякісний стик спряження двох смуг укладки асфальтобетонного покриття, втомленістьдорожнього одягу.
Луганськаобласть розташована у східній частині, відноситься до У-ІІІ дорожно-кліматичноїзони.Територіяобласті долиноюСіверського Дінця поділяється на дві частини. Північна частина – хвиляста, розчленованагустою яружно-балковою сіткою рівнина, що поступово підвищується на Північ до 200мі вище. По ширині також форми рельєфу пов’язані з діяльністю людини: кургани-могильники, терикони,кар’ єри тощо. Всього в області –123 річки завдовжки понад 10км, близько 60 озер,понад 320 водоймищ і ставків. Клімат помірно континентальний з прохолодною зимоюта жарким літом. Пересічна температура січня – 6,8˚, липня +22˚. Опадів410-550мм на рік. Глибина промерзання 0,95 метра.
Таблиця3.5 — Характеристики погодно-кліматичних факторівМісяці Середньо місячна температура повітря t Переважні напрямки вітру Швидкість вітру середньо місячна, м/с Середньо місячна кількість опадів, мм Число днів з опадами більше 5мм Висота снігового покрову, см Кількість днів з грозами Число днів з хуртовинами 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I -6,8 В 6,45 23 1,2 7 3 II -6,3 В 6,8 26 1,2 9 4 III -0,3 В 6,7 30 1,6 0,1 1 IV 8,4 В 6,0 34 2,4 0,7 0,1 Місяці Середньо місячна температура повітря t Переважні напрямки вітру Швидкість вітру середньо місячна, м/с Середньо місячна кількість опадів, мм Число днів з опадами більше 5мм Висота снігового покрову, см Кількість днів з грозами Число днів з хуртовинами V 15,9 В 5,2 50 3,3 4 0,0 VI 19,3 З 4,5 57 3,5 8 VII 22,0 З 4,1 59 3,3 7 VIII 20,7 З 4,1 45 2,4 4 IX 14,7 В 4,2 34 2,0 2 0,0 X 8,3 В 5,2 34 2,3 0,4 0,0 XI 1,3 В 6,0 38 2,2 0,02 0,2 XII -4,0 В 6,3 34 1,8 3 2
Луганська область знаходиться за грунтово – геологічнимиумовами у районі IVP.11 (важкий суглинок). За умовамироботи асфальтобетонів вона знаходиться в районі А-6 (асфальтобетон типу А, Б, Гі бітум БНД 40/60, 60/90).
Конструкція дорожніх одягів на всій протяжності автомобільноїдороги і міцність показана на лінійному графіку ( лист..)
По результатам обстеження ділянки автомобільної дороги Київ– Харків – Довжанський в Луганській області були одержані наступні результати накожних 10 кілометрах обраної ділянки в відсотках від довжини, таблиця 3.6.
Таблиця 3.6 – Дані обстеження по Луганській областіДілянка дороги Київ – Харків – Довжанський в Луганській області КМ Міра ураження ділянки і протяжність в % від довжини Поперечні тріщини Сітка тріщин Повздовжні тріщини Косі тріщини Рі-вень 1 Рі-вень 2 Рі-вень 3 Рі-вень 1 Рі-вень 2 Рі-вень 3 Рі-вень 1 Рі-вень 2 Рі-вень 3 Рі-вень 1 Рі-вень 2 Рі-вень 3 760-770 8,3 2,3 3 0,5 770-780 21 25 11 6 0,5 1,5 0,5 780-790 15 22 3 0,5 0,5 790-800 13 13,5 2,3 7 8 3 2,5 3 1 800-810 15 9 12 3
По даним обстеження можна зробити висновок, що на даній ділянціавтомобільної дороги в Луганській області переважають наступні види ушкоджень –поперечні тріщини 2-х рівнів ураження на кожній ділянці і 3-го рівня ураження наділянці з 790км по 800км; сітка тріщин 2-х рівнів ураження на кожній ділянці і 3-горівня ураження на ділянці з 770км по 780км. Лише на деяких ділянках мають місцеруйнування у вигляді повздовжніх та косих тріщин 1-го і 2-го рівнів ураження. Поперечнітріщини могли з’явитись у наслідок старіння асфальтобетону чи використання надто в’язкогобітуму, температурних перепадів, втомленість дорожнього одягу, неякісне ущільнення,дорожній одяг складається із шарів з різним коефіцієнтом температурного розширення;повздовжні тріщини — порушення технології укладання асфальтобетону, неякісний стикспряження двох смуг укладки асфальтобетонного покриття, втомленість дорожнього одягу;сітка тріщин — недостатня несуча здатність дорожнього одягу через недоущільненняабо перезволоження хитливих ґрунтів, утома дорожнього одягу, пучиноутворення, крихкістьв’яжучого; косі тріщини — відбиття тріщин, що виникли в шарах із застосуванням мінеральнихв’яжучих через недостатню несучу здатність ґрунтів, втомленість дорожнього одягу,неміцна основа.
Висновок:проаналізувавши данні можна зробити висновок, що на виникнення тих чи іншихвидів руйнувань в першу чергу будуть впливати конструкції дорожнього одягу які застосованіу даних областях, кліматичні особливості даних областей і безперечно рівень експлуатаціїданої ділянки дороги. Звертаючи увагу на кліматичні особливості зрозуміло, що Харківськаобласть знаходиться північніше від двох інших і має біль прохолодний клімат (датапереходу температури через 00С навесні 21.03, а восени 16.11) тоді, якЛуганська і Донецька області, знаходячись східніше, мають поступливіші умови. Заумовами зволоження всі ці області знаходяться відносно у однакових умовах.
До причинвиникнення тріщин у Харківській області можна віднести недостатній експлуатаційнийрівень ділянки автомобільної дороги, старіння асфальтобетону та неякісний рівеньпроведення робіт з укладки асфальтобетону. Всі ці причини привели до виникненняпоперечних і повздовжніх тріщин високого рівня ураження. На ділянці 396 – 432 км(164-189 МПа) – виявлені поперечні і повздовжні тріщини, які виникли через недостатнюміцність основи та дію температурних напруг. На ділянці 432 – 446 км (181-168 МПа)– виявлені поперечні, повздовжні тріщини та сітка тріщин, які утворилися стиг жепричин, але ту має місце наявність в шарах конструкції бруківки яка впливає на міцністьконструкції.
Ділянкарозглядаємої автомобільної дороги в Донецькій області характеризується наявністюв конструкції дорожнього одягу шарів із шлаків, які в свою чергу і привели до виникненняпоперечних тріщин 2-го рівня ураження. Також мають місце ділянки з повздовжнімитріщинами високого рівня ураження, виникнення яких пов’язане з неякісним виконаннямробіт по укладці асфальтобетону. На ділянці 647 – 667 км (315-274 МПа) – спостерігаєтьсядостатньо висока міцність конструкції, виявлені поперечні температурні тріщини зумовленінаявністю шару із шлаку і повздовжні тріщини зумовлені товщиною асфальтобетону (8см). На ділянці 667 – 677 (253-273 МПа) – спостерігається падіння міцності дорожньогоодягу, виявлені поперечні і повздовжні тріщини, які є наслідками температурних перепадівта втомленості дорожнього одягу.
Ділянкаавтомобільної дороги в Луганській області характеризується наявністю в дорожнійконструкції шарів із шлаків, перезволоженням ґрунтів основи та скоріше за все втомленістюдорожнього одягу. Це привело до виникнення великої кількості поперечних тріщин ісітки тріщин по всій ділянці автомобільної дороги 2-го рівня ураження. На ділянці760 – 788 км (256-342 МПа) – спостерігається висока міцність, виявлені поперечнітріщини та сітка тріщин в наслідок температурних перепадів та втомленості дорожньогоодягу. На ділянці 788 – 794 км (236-275 МПа) – виявлені поперечні тріщини, які єнаслідком втомленості дорожнього одягу, перепадів температури та використання в’язкогобітуму. На ділянці 794 – 800 км (287-266 МПа) – наявність в конструкції доменногошлаку, виявлені усі види руйнувань, що є наслідком втомленості дорожнього одягу.На ділянці 800 – 810 км (239-181 МПа) – найбільш слабка ділянка, виявлені поперечнітріщини та сітка тріщин, що є наслідком температурних перепадів та втомленості дорожньогообягу.
Для більшдетального аналізу потрібно встановити марку використаного для робіт бітуму та типасфальтобетону, дослідити умови зволоження земляного полотна та дорожнього одягув цілому.
4. Оцінкадинамічного впливу транспортних засобів на тріщиноутворення
Автомобільний потік, що рухається по дорозі, являє собою складне сполученнявипадкових явищ, що змінюються в часі і просторі. Під впливом цих факторів випадковозмінюються характеристики руху автомобільних потоків — їхня інтенсивність, швидкість,склад та інш. Автомобільний потік характеризують по щільності руху, вимірюваноїкількістю автомобілів, що приходяться на 1 км дороги, та по ступені завантаженнядороги, обумовленої відношенням інтенсивності руху N до пропускної здатності.
В залежності від розмірів і чергування різних геометричних елементівдороги (повздовжні і поперечні ухили, криві в плані і повздовжньому профілі та ін.)автомобілі рухаються нерівномірно, випливаючи за їхніми змінами. Рух по покриттяхз нерівностями супроводжується ударами і вертикальними коливаннями коліс, кузовай інших частин автомобіля. Розходження мікропрофілю по шляху руху лівих і правихколіс викликає поперечні коливання. При цьому виникають перемінні по величині динамічнісили, що діють як на дорожнє покриття, так і на автомобіль.
З підвищеннямшвидкості автомобілів час дії розтягуючого напруження в покритті скорочується, разомз цим зменшуються пошкодження від транспортних засобів. Однак це відбувається тількина рівних покриттях. При наявності нерівностей виникають руйнування із-за динамічноїдії навантаження. Горизонтальні (тангенціальні) стискаючі та розтягуючи напруженняслужать причиною пластичних деформацій, а також руйнувань у верхніх шарах дорожньогоодягу (зсувів, хвиль, напливів і поперечних тріщин по слідам накату).Такі деформаціїособливо часті на тонких покриттях – товщиною менше 8 см. При великій товщині покриттязсувні деформації бувають рідше, так як напруження, викликаємі в дорожній конструкціїтангенціальними зусиллями, прикладеними на поверхні покриття, порівняно швидко згасаютьпо глибині.
В результаті прикладеннянавантажень від коліс автомобілів дорожній одяг прогинається, потім поступово відновлюється.При високих інтенсивностях і швидкостях руху навантаження від коліс вантажних автомобілівможуть повторюватися через кожні 1,5-6 сек. Прогин від колеса важкого вантажногоавтомобіля розповсюджується в усі сторони, створюючи чашу радіусом до 3-4 м, якапереміщується в напрямку руху автомобіля. Чаші прогинів частково перекривають однаодну, охоплюючи всю ширину смуги руху. При цьому в шарах дорожнього одягу виникаютьнапруження стиску, розтягу, згину та зсуву. Надмірні напруження від транспортнихнавантажень приводять до виникнення деформацій, а накопичення залишкових деформаційприводить до руйнування дорожнього покриття.
Міцність дорожнього одягу є найбільш важливим показником транспортно-експлуатаційногостану автомобільної дороги, якому необхідно регулярно оцінювати протягом усьоготерміну її служби.
Міцністні якості дорожнього одягу визначаються, насамперед, опірністюґрунту, що підстилає, стиску. Дорожній одяг повинний розподіляти діючу на неї навантаженнявід колеса автомобіля по можливості на велику площу.
При дії тиску від колеса основа дорожнього одягу стискується в межахактивної зони, як у поперечному, так і в подовжньому напрямку, у результаті чоговідбувається прогин дорожнього одягу по деякій криволінійній поверхні з утвореннямтак називаної «чаші прогину».
Тиск, переданий на ґрунтову основу, залежить від площі, на яку розподіляєтьсянавантаження. Зі збільшенням товщини дорожнього одягу ця площа збільшується, а тисквідповідно зменшується. У весняний чи осінній періоди, коли внаслідок перезволоженнязнижується міцність ґрунту, існуюча товщина дорожнього одягу не забезпечує безпечнийтиск, і при проїзді дуже важких автомобілів можуть виникати руйнування дорожньогоодягу.
Вертикальні та дотичні сили, що виникають при русі автомобілів, викликаютьпружні і залишкові деформації в покриттях, у результаті яких покриття зношуютьсята руйнуються. Нагромадження залишкових деформацій на поверхні покриття робить останнєнерівним і непридатної для руху з високими швидкостями. При напругах і деформаціях,що перевищують припустимі межі, може відбутися повне руйнування одягу.
/>
Рисунок 4.1
а) Види деформацій і руйнувань дорожнього одягу в поперечномупрофілі; б) Види деформацій і руйнувань дорожнього одягу в повздовжньомупрофілі. 1- чаша прогину; 2 — зона стиску одягу; 3 — зона розтягання; 4 — поверхнязрізу одягу; 5 — площа передачі тиску на ґрунт; 6 — ущільнення ґрунту в основі дорожньогоодягу; 7 — напрямок стиску ґрунту; 8 — напрямок випирання ґрунту;9 — тріщини в дорожньомуодязі (а — повздовжні; б — поперечні): 10 — деформації дорожнього одягу.
Варто розрізняти:
а) деформації всього одягу в цілому як інженерної конструкції під дієюстатичних і динамічних вертикальних сил. Ці деформації виражаються в осаді і вигиніодягу:
б) деформації верхніх шарів (руйнування матеріалу шару) і, зокрема,поверхневого шару внаслідок стиску, зминання, стирання і зрушення під дією вертикальнихі дотичних сил.
По характері опору діючим зусиллям і по роду виникаючих деформаційдорожні одяги поділяють умовно на:
тверді одяги, що роблять опори вигину і розраховані на міцність поопорі вигину як плита на пружній основі. До таких одягів відносяться цементобетонні,а також покриття на цементобетонній основі;
нежорсткі одяги, що володіють малим опором вигину і міцність яких убільш істотному ступені залежить від опору ґрунту земляної полотнини. До них відноситьсябільшість розповсюджених у даний час конструкцій дорожніх одягів.
Дорожній одяг можна розглядати як інженерну конструкцію, що складаєтьсяз декількох шарів, кожний з який виконує визначену функцію в роботі всього одягу.
Будівельні норми і правила (БНіП) виділяють у дорожньому одязі наступніконструктивні шари:
1) покриття — верхній шар одягу, що характеризує транспортно-експлуатаційніякості проїзної частини. Цей шар може складатися з основного покриття і періодичнопоновлюваного шаруючи зносу;
2) основа — несуча частина дорожнього одягу, що забезпечує стійкістьконструкції одягу і передає разом з покриттям навантаження на підстильний чи шарбезпосередньо на ґрунт земляної полотнини. Цей шар може складатися з декількох шарів;
3) додатковий шар основи — нижній конструктивний шар одягу, що береучасть у передачі навантаження на полотнину і виконуючий одночасно свої основніфункції морозозахистного, дренуючого та вирівнюючого шару.
Конструкції застосовуваних у даний час дорожніх одягів дуже різноманітнийі зазначене вище розподіл на шари витримує не у всіх випадках. Нежорсткі одяги вцілому варто розглядати як багатошарову, у тім чи іншому ступені пружну-пластичнуконструкцію, окремі шари якої розрізняються по своїх властивостях. Тверді одягипри розрахунках розглядають як пружні плити, що лежать на пружній основі; напругиі деформації цих покрить можуть бути знайдені з достатнім ступенем точності по методахбудівельної механіки.
Дослідження привели до висновку, що граничний стан одягу по міцностівиникає унаслідок виникнення осад такої величини, при якій порушується монолітністьодягу. Початок плину ґрунту і руйнування одягу залежить не тільки від величини діючоїнавантаження, але і від кількості її додатків і їхньої тривалості. Хоча при короткочаснійдії навантаження деформації одягу менше, ніж при тривалому, але часте повтореннянавантажень викликає поступове нагромадження пластичних деформацій і руйнуванняверхнього більш твердого шару. Нагромадження внутрішніх деформацій зосереджуєтьсяголовним чином у найбільш слабких шарах підстави й у ґрунті, що підстилає. Величинавертикальних напруг, що передаються на ґрунт через багатошаровий одяг, залежитьвід твердості її шарів, характеризуємій модулем деформації.
На величину напруг у покриттях помітний вплив робить швидкість рухуавтомобіля, оскільки для поширення напруженого стану в пружних-грузлих системахнеобхідно якийсь час.
Під дією звичайнихна дорогах навантажень нежорсткі одяги виявляють більш-менш явно виражені пластичнівластивості. При вертикальному тиску від колеса відбувається осад одягу, що закінчуєтьсяне відразу, як у пружних тіл, а поступово загасає згодом, як у грузлих і пластичнихтіл. Тільки при незначних навантаженнях (1,0—2,0 кГ/см2) і міцних одягахдеформації бувають цілком пружні. Після зняття навантаження одяг поступово повертаєтьсяв колишнє положення. При навантаженнях, що перевищують визначену величину і недостатньоміцних для даного руху одягах, осаду цілком не зникає. Таким чином, як загальнеправило, на одягах нежорсткого типу одночасно виникають пружні і пластичні (необоротні)деформації.
Під рухом коліс порушується зв’язність нежорстких покрить і на їхнєповерхні виникають вибою, і з'являється хвилястість. Ці деформації торкаються лишепокриття і роблять його поверхню нерівної [4].
Деформації поверхневогошару викликаються динамічними силами як вертикальними, так і горизонтальними. Розвиткуцих деформацій сприяють атмосферні фактори, що послабляють міцність і зв’язністьпокрить — вивітрювання, розмивання водою, видування дрібних фракцій вітром, хімічнівпливи. Схеми динамічного впливу автомобіля на дорожнє покриття приведені на листі2.
5. Оцінка зниження несучої здатності дорожніх конструкцій підвпливом скрізних поперечних тріщин
Аналізтенденцій розвитку дорожнього господарства України дозволяє зробити висновок проте, що при обмежених фінансових ресурсах на перше місце виступають роботи по збереженнюмережі існуючих доріг і забезпеченню потрібного транспортно – експлуатаційного стану.Аналіз літературних джерел свідчить про те, що на дорогах переважають деформаціїта руйнування, пов’язані з недостатньою деформативною здатністю асфальтобетонних покриттівпри від’ємних температурах.В залежності від регіонів, а отже і від природно – кліматичних умов, тріщини в асфальтобетоннихпокриттях являються одним із основних факторів, які призводять до руйнування дорожніхпокриттів. Значні температурні перепади являються однією із основних причин інтенсивногорозвитку в дорожніх покриттях крізних поперечних тріщин, різко знижуючих жорсткістьдорожніх одягів. З утворенням поперечних тріщин найбільш інтенсивне руйнування асфальтобетоннихпокриттів виникає в зоні переходу коліс автомобіля з одного краю тріщини на інший.
Іншимаспектом цієї проблеми являється негативний вплив крізних поперечних тріщин на водно-тепловийрежим земляного полотна. Деструктивний характер води яка надходить через такі тріщини,проявляється перш за все у перезволожені ґрунту основи, втраті його несучої здатностіі як наслідок, в руйнуванні асфальтобетонного покриття в прилеглих зонах [3].
Для прогнозуванняпоказників транспортно-експлуатаційних якостей дорожніх конструкцій необхідно знатизакономірності їх зміни в залежності від концентрації на поверхні покриття крізнихпоперечних тріщин.
Головнимнавантаженням, діючим на дорожню конструкцію, являється тиск виникаючий під впливомтранспортних засобів. Функція нежорстких дорожніх одягів полягає в розподілі навантажень,які передаються на підстилаючий грунт, на велику площу. При цьому загальна деформаціяусього дорожнього одягу являється результатом протікання наступних процесів. По-перше,ґрунтова основа дорожньої конструкції під навантаженням стискається, внаслідок чоговиникає прогин дорожнього одягу по деякій криволінійній поверхні. При надмірно великійвеличині прогину може виникнути руйнування дорожнього одягу. З збільшенням товщиниі жорсткості дорожнього одягу проходе розподіл тиску зовнішнього навантаження навелику площу, зменшується прогин і стискуюче напруження в підстилаючому ґрунті.По-друге, під навантаженням виникає стиск матеріалу верхніх шарів дорожнього одягу,а в нижній частині конструктивних шарів – розтяг. При перевищенні розтягуючими навантаженнямимежі міцності матеріалу в покритті або основі виникають тріщини. По-третє, основаіз незв’язних і малозв’язних матеріалів, а такожпідстилаючий грунт може випробовувати зони пластичного течіння, розвиток яких приводитьдо швидкого накопичення пластичних деформацій одягу в цілому і його руйнуванню.
Як правило,причиною руйнування асфальтобетонних покриттів являється їх недостатня тріщиностійкість.Оскільки зони по обидві сторони від тріщини сприймають напруження від навантаженняі температури незалежно одна від одної без передачі поперечної сили, підвищуєтьсянебезпека подальшого руйнування покриття і втрати ним рівності.
Причинвиникнення тріщин в асфальтобетонних покриттях багато, наведемо деякі з них: крихкістьв’яжучого при від’ємних температурах навколишнього середовища і по мірі його старіння;різниця між коефіцієнтами температурного розширення асфальтобетону та матеріалівнижчих шарів, оброблених неорганічними в’яжучими; несприятливі грунтово-гідрологічніумови, викликаючи недопустимі по величині деформації морозного пучення на поверхніпокриття; неоднорідність властивостей підстилаю чого ґрунту, що призводить до нерівномірнихйого просідань і інш.
Умовноусі тріщини, виникаючи в асфальтобетонному покриті, можуть бути розділені на тригрупи:
- втомленосні тріщини;
- відображені тріщини;
- деформативні тріщини.
Втомленоснітріщини в асфальтобетонному покритті розвиваються за рахунок впливу багаторазовогоприкладання навантаження, внаслідок старіння асфальтового в’яжучого і підвищенняйого крихкості.
Механізмутворення відображених тріщин пов’язаний з значними як горизонтальними, так і вертикальнимипереміщеннями нижче лежачих шарів.
Виникненнядеформаційних тріщин пов’язане як з горизонтальними здвигаючими зусиллями, так і з вертикальнимидеформаціями морозного пучення. Такі тріщини також можуть виникати у місцях локальнихдеформацій основ.
Викладеневище свідчить про те, що температурні перепади призводять не тільки до виникненнявеликої кількості поперечних тріщин, а також до їх активного розвитку, коли збільшуєтьсяширина розкриття і руйнуються прилеглі зони. Попадання опадів в основу і землянеполотно через виникаючи пошкодження призводять до втрати несучої здатності дорожньогоодягу, серйозним руйнуванням і до різкого збільшення витрат на ремонт і утриманнядоріг.Проникаючачерез тріщини вода, замерзаючи, викликає відшарування покриття від основи в зонітріщини і сприяє, таким чином, передчасному руйнуванню покриття і дорожнього одягув цілому. В період боротьби із зимовою слизькістю хімічними способами утворюютьсяводні розчини солей, які проникають через тріщини в конструктивні шари дорожньогоодягу і земляне полотно, що призводить до локального додаткового зволоження даноїзони соляними розчинами. Все це обумовлює виникнення неоднорідності нижніх шарівдорожнього одягу і ґрунту земляного полотна за однорідністю та щільністю, наслідкомчого є зниження міцності верхньої частини земляного полотна і усієї дорожньої конструкціїв зоні тріщини.
При обстеженніавтомобільних доріг державного значення в Дніпропетровській і Луганській областяхбуло виявлено, що найбільша вологість і найменша щільність ґрунту верхньої частиниземляного полотна спостерігається в місцях явних крізних тріщин. Що обумовлює, вмісцях тріщин, значне зниження міцності дорожньої конструкції (лист 13). В залежностівід повздовжнього профілю дороги міцність в зоні тріщини змінюється від 20% до 35%,а в місцях перелому повздовжнього профілю, спостерігається зниження міцності дорожньоїконструкції до 40-45%.
Зниженняміцності дорожніх конструкцій залежить від властивостей ґрунту земляного полотнаі матеріалу конструктивних шарів дорожнього одягу, якості ремонту тріщин, умов утриманнядороги, способів боротьби із зимовою слизькістю, повздовжнього профілю, дорожньоїситуації, регіональних умов та ін. Комплексне урахування цих факторів дозволить,обґрунтовано призначити експлуатаційні заходи і прогнозувати рівень споживчих властивостейавтомобільних доріг.
Для більшдетального розгляду зниження несучої здатності дорожньої конструкції під впливомзволоження робочого шару через крізні поперечні тріщини був проведений розрахунокв програмі РАДОН Х40 за методикою ВБН В.2.3-218-186-2004. Метою даного розрахункубуло дослідження падіння несучої здатності дорожньої конструкції при зміні характеристикґрунту робочого шару. Для аналізу було використано дорожні конструкції на ділянкахдороги Київ – Харків — Довжанський в Харківській та Донецькій областях отриманіпо результатам обстеження, які проводились в 2005 році ходовою дорожньою лабораторієюкафедри „Будівництва та експлуатації автомобільних доріг” Харківського національногоавтомобільно-дорожнього університету.
Було визначено,що для розташування Харківської області характерним
ґрунтомдля робочого шару є легкий суглинок з розрахунковою вологістю, для І категорії дороги,70%. Для Донецької областівідповідно важкий суглинок і розрахункова вологість 68%. Задавшись кроком 3% підвищення вологості отрималинаступні характеристики ґрунтів, приведені в таблиці 5.1.
Таблиця5.1 Розрахункові характеристики ґрунтів робочого шаруW, %
Характеристики
ґрунту Суглинок легкий Суглинок важкий Отримані модулі пружності 70
Модуль пружності Егр, кут внутрішнього тертя φгр, коефіцієнт зчеплення Сгр
Егр=41МПа,
φгр=180,
Сгр=0,019МПа – 282 МПа 73
Егр=35МПа,
φгр=160,
Сгр=0,016МПа – 269 МПа 76
Егр=33МПа,
φгр=140,
Сгр=0,014МПа – 264 МПа 68 –
Егр=47МПа,
φгр=200,
Сгр=0,022МПа 173 МПа 71 –
Егр=41МПа,
φгр=180,
Сгр=0,019МПа 164 МПа 74 –
Егр=37МПа,
φгр=160,
Сгр=0,017МПа 158 МПа
Досліджуваніконструкції дорожніх одягів:
а) ділянкадороги Київ – Харків — Довжанський в Харківській області (415-422 км)
/>
б) ділянкадороги Київ – Харків — Довжанський в Донецькій області (667-673 км)
/>
По результатамрозрахунку видно, що модуль пружності дорожнього одягу знижується із підвищеннямвологості грунту робочого шару. Таке зниження можна дослідити на будь якому типідорожньої конструкції.
Як зазначалосявище в місця перелому повздовжнього профілю така дія зволоження спостерігаєтьсянайчастіше. Крім того, що волога потрапляє через тріщини в нижні шари конструкції,в таких місцях спостерігається активний розвиток вибоїн. Тому саме в місцях переломуповздовжнього профілю, на ділянках з незначними ухилами слід найретельніше контролюватиремонтні чи будівельні роботи, обґрунтовано призначати ремонтні заходи та заходипо забезпеченню водовідведення.
/>
Рисунок5.1 — Графік зміни модуля пружності дорожнього одягу залежно від вологості ґрунтуробочого шару (суглинок легкий)
/>
Рисунок5.2 — Графік зміни модуля пружності дорожнього одягу залежно від вологості ґрунтуробочого шару (суглинок важкий)
Висновки:при оцінці впливу крізних поперечних тріщин на міцність дорожніх конструкцій буловиявлено вплив тріщин на зволоження дорожніх конструкцій та втрату їх міцності череззволоження ґрунтів робочого шару. На прикладі реальних конструкцій в програмі РАДОНХ40 було прораховано зниження міцності дорожньої конструкції під впливом зміни вологостіґрунту робочого шару. Були отримані графічні залежності рисунки 5.2 і 5.1, на якихвидно падіння міцності конструкції. На перший погляд воно може здатися незначним,але в процесі експлуатації робочий шар ґрунту може досягати і більших вологостейі тоді це падіння може виявитися значним.
Такожбули проаналізовані дані міцності конструкцій дорожніх одягів, з наявністю поперечнихтріщин, на різних повздовжніх профілях доріг і отримані дані падіння міцності підвпливом крізних поперечних тріщин:
1. ділянкадороги з повздовжнім ухилом 8 ‰ – 37% втрати міцності;
2. ділянкадороги з повздовжнім ухилом 10 ‰ – 21% втрати міцності;
3. ділянкадороги з повздовжнім ухилом 60 ‰ – 19% втрати міцності;
4. ділянкадороги з повздовжнім ухилом 26 ‰ – 20% втрати міцності;
5. ділянкадороги з переломом повздовжнього профілю з 5 ‰ на 12‰ – 40% втрати міцності;
6. ділянкадороги з переломом повздовжнього профілю з 12 ‰ на 7‰ – 27% втрати міцності.
За цимиданими можна стверджувати, що повздовжній профіль і наявність на ньому крізних тріщинзначно впливають на зволоження конструкції і в свою чергу на міцність дорожньогоодягу в місцях тріщин. Чим пологіший ухил тим менший стік води з поверхні дорожньогоодягу, тим довше вода затримується на поверхні і тим самим краще проникає у нижнішари дорожнього одягу.
6. Прогнозування тріщиноутворення нежорстких дорожніх одягів
В практиціпроектування, будівництва і експлуатації автомобільних доріг досить часто виникаєзадача по визначенню терміну служби і залишкового ресурсу дорожніх покриттів.
Проектнийтермін служби покриттів капітального типу прийнято оцінювати в 15 – 30 років в залежностівід інтенсивності і складу руху, кліматичної зони і грунтово-геологічних умов. Вітчизнянийі зарубіжний досвід показує, що в нормальних умовах експлуатації і при високій якостібудівництва необхідність в капітальному ремонті асфальтобетонних покриттів виникаєчерез 10 – 15 років. На ці терміни орієнтуються спеціалісти по розрахунку і конструюваннюдорожніх одягів, при визначенні загальної кількості впливу колісних навантажень,перевіряючи матеріали покриття на втомленість. На основі цих термінів встановлюються вимогидержавних стандартів до будівельних матеріалів, використовуємих в конструкціях дорожніходягів. Ці терміни служать орієнтирами при виборі критеріїв по оцінці і контролюякості будівництва земляного полотна і шарів дорожніх одягів.
Ресурси на ремонті утримання дорожніх покриттів планують, також керуючись у більшості випадків вказанимитермінами. Однак, як показує практика, існує велика кількість прикладів того, щозадовго до спливу цих термінів на поверхні проїзної частини з’являються тріщини,вибоїни, уступи і інші пошкодження.
Це може виникнутиза багатьма причинами, які розподіляють на чотири групи: відхилення в інтенсивностіта складі руху в процесі експлуатації від значень, прийнятих при проектуванні; фактичнівідхилення параметрів побудованих конструкцій від передбачених проектом, включаючинеоднорідність ґрунтів земляного полотна і матеріалів для дорожніх одягів; відхиленняреальних параметрів атмосферних процесів в період роботи конструкції від середніхбагаторічних значень, прийнятих при розрахунку і конструюванні; відхилення фактичнихвиконуємих заходів по утриманню в процесі експлуатації дороги від передбачених вказівкамита правилами.
Розглядаючи першугрупу причин, слід звернути увагу на те, що технічних прогрес в галузі автомобільноготранспорту частіше всього пов’язують з підвищенням осьових навантажень, так як вцьому випадку вдається найбільш суттєво і з найменшими витратами підвищувати вантажепід’ємністьтранспортних засобів і їх економічність. Але навіть при обмежених осьових навантаженнях,збільшуючи кількість осей, створюються багато осьові автомобілі і авто потяги вантажепід’ємністюбільше 50 т. Суттєві зміни вантажних і пасажирських потоків виникають або можутьвиникати багаторазово на протязі 25 – 30 років, що призводить до великих відхиленьу фактичній інтенсивності і складі руху в порівнянні з тими величинами, що булиприйняті при розрахунку покриттів.
Досить важливуроль мають зміни інтенсивності і складу руху по рокам, місяцям на протязі року,дням тижня і по годинам доби. Для доріг різного призначення ці зміни можуть бутисуттєво різними.
Друга група причинвключає можливі відхилення в конструкції земляного полотна і дорожнього одягу впорівнянні з параметрами, прийнятими в проекті. Це відноситься, перш за все, довідхилення у товщині окремих конструктивних шарів і суттєвої неоднорідності застосовуємихґрунтів і будівельних матеріалів. При цьому важливо підкреслити, що велика частинацих відхилень являється природнім і визначається природними особливостями вихіднихматеріалів, конструкціями і можливостями дорожньо – будівельних машин і обладнаннядля виробництва матеріалів і технологій будівництва.
В результаті існуютьрегламентовані допуски відхилень фактичних параметрів конструкцій і фізико – механічнихвластивостей закладених в них матеріалів. Не можна також виключати нерегламентованихі недопустимих відхилень, які являються наслідком порушень технології, застосуваннямнеякісних матеріалів і обмеженістю фінансування, отримуємої в процесі контролю якостібудівництва.
В результаті параметриреалізованого об’єкту відрізняються від передбаченого проектом і відповідно слідочікувати відхилення від норми в процесі його експлуатації.
Третя група причинвключає комплекс атмосферних впливів, викликаючих зміну температури і вологостіґрунтів земляного полотна і матеріалів в шарах конструкції дорожнього одягу. Відтого, яким чином змінюється температура і вологість, залежать температура і усадочнінапруги в шарах з використанням цементу, а також жорсткість шарів з використаннямбітуму.
Слід також відмітитисуттєву залежність міцності матеріалів від їх вологості. Об’єктивна оцінка працездатностіматеріалу повинна бути заснована на аналізі відносної тривалості його роботи в конструкціїв сухому, помірно зволоженому і водонасиченому стані.
Четверта групапричин включає відхилення від регламентних заходів по утриманню автомобільної дорогив процесі експлуатації. Нормальні умови експлуатації передбачають виконання достатньовеликої кількості заходів, влючаючих очищення проїзної частини від пилу і снігу,рівномірне розподілення протиожеледних матеріалів по поверхні проїзної частини,своєчасне відновлення шорсткості, заливку швів і тріщин мастикою або бітумом, заробкуокремих нерівностей і вибоїн і інші. Затримка у виконанні цих заходів суттєво ускладнюєумови роботи конструкцій, підвищує рівень напруженості і збільшує інтенсивністьруйнувань. Наявність нерівностей збільшує навантаження на конструкцію за рахуноквертикальних коливань транспортних засобів.
З приведеноговидно, що існує комплекс об’єктивних причин, які не дозволяють реально розраховуватина досягнення проектних термінів служби на більшості існуючих автомобільних доріг.Важливо підкреслити, що міра відповідальності за передчасне руйнування на кожнійстадії інвестиційного циклу: проектування, будівництво, експлуатація являється невизначеною,що не може бути визнано задовільним, так як не дозволяє цілеспрямовано усувати причини,викликаючи руйнування.
Отримавши в останніроки широке розповсюдження роботи по діагностиці автомобільних доріг покликані фіксуватипоточний стан об’єктів і лише край обмеженому обсязі отримувати інформацію про процесив конструкції.
Для усунення невизначеностінеобхідні нові підходи, які дозволятимуть розрізняти де причини в сполученні несприятливихприродних факторів, а де в порушенні технології будівництва, в нехтуванні вимогдержавних стандартів на матеріали, в не дотриманні нормативних умов експлуатаціїабо порушенні правил руху транспортних засобів з осьовими навантаженнями, перевищуючимигранично допустимі для доріг загального користування.
Все це стає особливоважливим в умовах ринкової економіки, коли любі додаткові витрати по усуненню передчаснихпошкоджень повинні фінансуватися за рахунок фактичних винуватців, а не списуватисьза рахунок загальнодержавних витрат.
Таким чином, виникаєпотреба в новій методології оцінки впливу самих різноманітних відхилень технічнихрішень, технологій і якості будівництва, нормальних умов експлуатації і усередненихатмосферних впливів на інтенсивність процесу руйнування покриття. Саме дорожньогопокриття, так як пошкодження земляного полотна, основи або дренуючих шарів являютьсяв більшості випадків лише прискорювачами процесу руйнування покриття і чинять безпосереднійвплив на погіршення умов руху автомобілів.
Додатковим аргументомна користь такої постановки задачі являється постійно виникаюча необхідність розглядатипропозиції по удосконаленню конструкції дорожніх одягів і земляного полотна, позастосуваннюновихнетрадиційних матеріалів або впровадженню нових технологій.
Як правило, всіці заходи вимагають додаткових витрат і їх тривалий ефект полягає в сповільненніпроцесу накопичення пошкоджень і відповідно в збільшенні терміну служби. Для обґрунтуванняефективності інвестицій або техніко-економічного порівняння і вибору варіантів потрібнакількісна оцінка позитивних якостей, тобто необхідні кількісні показники ступенясповільнення процесу накопичення пошкоджень і на цій об’єктивній основі визначенняекономічного ефекту.
Розглянемо якіявища і зміни мають або можуть мати місце в системі “дорожній одяг – земляне полотно”на протязі терміну служби в процесі експлуатації.
Земляне полотнов залежності від конструкції суттєво змінює свої важливі характеристики: модульпружності, кут внутрішнього тертя і зчеплення внаслідок зміни вологості, щільностіі стану (мерзлий, відталий) ґрунту. Однак розвиток методів розрахунку привів донеобхідності враховувати накопичення деформацій і постала задача оцінювати і іншістани.
Розвиток теоріїтепловологопереносу в шарованих капілярно-пористих системах дозволяє отримуватикількісне описання процесів зміни вологості ґрунту, глибини промерзання і відтаванняземляного полотна в залежності від зміни атмосферного впливу. Враховуючи, що величиназалишкових деформацій залежить також від навантаження і часу його дії потрібне накладенняпроцесу зміни параметрів транспортного потоку на процес зміни фізико-механічнихвластивостей конструкції системи.
Дренуючий шарв процесі експлуатації втрачає початкові властивості завдяки комплексу причин, основнимиз яких є:
1. Зниження фільтруючоїздатності матеріалу в результаті кольмутації пор глинистими частинками, змиванимиз поверхні дороги і проникаючими в дренуючи шари; взаємне проникнення матеріалудренуючого шару і ґрунту земляного полотна; зменшення розміру частинок матеріалудреную чого шару в результаті перетирання під впливом динамічних навантажень відтранспортних засобів.
2. Збільшенняпритоку вологи в дренуючий шар через тріщини, зруйновані і розгерметизовані деформаційнішви, не зміцнені обочини, в результаті незадовільного поверхневого водовідводу інадходження води із земляного полотна.
3. Зниження фільтраційноїздатності матеріалів і ґрунтів для зміцнення укосів земляного полотна і забрудненнядренажних труб і вихідних влаштувань дренажної системи, перешкоджаючий видаленнювологи з дреную чого шару.
Щебеневі шарив основі дорожніх одягів, не дивлячись на високі вимоги стандартів до щебеню, зчасом суттєво змінюються завдяки стиранню, внаслідок високих контактних напруг міжзернами, внаслідок багаторазового заморожування та відтавання в водонасиченому станіі внаслідок взаємопроникнення дрібних частинок нижче розташованого дренуючого шару.В результаті збільшення удільного вмісту пісчаних і глинистих частинок спостерігаєтьсязниження модуля пружності щебеневого шару і відповідно всієї конструкції. Очевидно,що ці явища будуть сказуватись в великій мірі в періоди підвищеної вологості конструкції.Для кількісної оцінки цих процесів необхідно враховувати співвідношення рівня контактнихнапруг з їх повторюваністю.
Шари з застосуванняморганічних в’яжучих частіше за все у вигляді верхніх шарів покриття і шарів зносусуттєвим чином змінюють свої властивості при зміні температури. Оцінюючи виникненняутомлених або температурних тріщин, необхідно приймати до уваги процес зміни температуриполів і на цій основі тривалість температурних станів різного рівня.
Важливу роль припрогнозуванні процесу розтріскування на певному етапі грає старіння бітуму, як наслідокпроцесів окислення і полімеризації, збільшуючи долю асфальтенів і смол і зменшуючидолю масел на основі бітуму. Це стало особливо важливим в останні роки, коли длясповільнення цього процесу стали широко застосовуватися спеціальні модифікатори.Слід підкреслити, що таке атмосферне явище як сонячне опромінення суттєво інтенсифікуєцей процес і важливо оцінювати тривалість часу, на протязі якого верхній шар піддаєтьсяцьому явищу в тих чи інших регіонах.
Виключно важкопрогнозувати виникнення тріщин в результаті дії розтягуючих зусиль в дорожньомупокритті для будь-якого сорту асфальтобетону, внаслідок того, що на утворення цихтріщин впливає велика кількість змінних складу суміші та умов будівництва дороги.
Для підвищеннятріщиностійкості та стійкості в суміш необхідно добавляти волокнисті матеріали абополімери.
Розтріскуванняє результатом дезінтеграції структури асфальтобетону як крихкого матеріалу – тобтоявище, яке протікає при низьких навколишніх температурах.
В місцях наявностітріщин на перезволожених ділянках під динамічною дією важкого транспорту можутьвиникати просадки. Тому дуже важливим являється, особливо в весінній період, покращенняводно-теплового режиму земляного полотна. В деяких випадках доцільно прибігати дообмеження швидкості та інтенсивності руху, закриття руху для важких автомобілів.
Багаторазові навантаженнявід коліс проїжджаючих транспортних засобів викликають в шарі асфальтобетону певнийнапружений стан. Радіальні напруження в верхніх „волокнах” шару зносу (стирання)викликають стиск. Якщо ми приймемо, що колеса, які навантажують покриття силамиР, знаходяться близько один до одного, то напружений стан у верхньому шарі покриття,в його верхніх і нижніх волокнах, можна представити так, як схематично показанона схемі в графічній частині роботи (лист 2).
В двох сусідніхперерізах, взаємно віддалених на малу відстань l, будуть почергово виникатирозтягуюче та стискаюче напруження (при припущені, що розлядаємий шар не скріпленийнижче лежачими та покоїться на пружному на півпросторі). Частота зміни напруженняв сусідніх перерізах буде залежати від швидкості руху транспортних засобів і можесуттєво впливати на механічну роботу асфальтобетонного шару, особливо на його втомленоснуміцність та довговічність. Можна також прийняти, що швидкопротікаючі зміни напруження(по величині та знаку) здатні суттєво впливати на хід зміни структури асфальтобетонупід час експлуатації дорожнього покриття.
Спостерігалисьциклічні зміни неоднорідності щільності, виміряної при низьких температурах (зимою)і при високих температурах (літом). Після приросту неоднорідності, викликаного дезінтеграцієюструктури при низьких температурах, настав період зниження рівня неоднорідності(консолідація структури) при високих, літніх температурах. Можна замітити, що взалежності від умов (температура, навантаження) процес консолідації в різній степеніприводить до змикання тріщин, і структура має „дефекти”, хоча на нижчому рівні.
Відносне подовженняасфальтобетону при розтязі, особливо при від’ємних температурах, називаєме в подальшомудеформативністю, визначає тріщиностійкість покриття.
Механізм тріщиностійкостіполягає в тому, що напруження, яке росте в безкінечній стрічці асфальтобетонногопокриття при різкому падінні температури, зменшується внаслідок релаксації цьогоматеріалу. Якщо релаксація напруження протікає швидше, ніж їх ріст, то виникненнятріщин стає неможливим, і навпаки, при більш швидкому рості напруження тріщиноутвореннянеминуче. Чим менше в’язкість бітуму та асфальтобетонної в’яжучої речовини, тимрелаксація протікає швидше.
В каркасному асфальтобетоніконцентрація (а внаслідок, і в’язкість) асфальтобетонної в’яжучої речовини менша,ніж в асфальтобетоні з коагуляційними контактами, тому і деформативність першогобільша ніж другого. Нормативні значення тріщиностійкості можуть бути отримані тількина основі вивчення реологічних властивостей асфальтобетону, однак якісна сторонацього питання зрозуміла та полягає втому, що швидкість росту температурних напруженьв покритті при падінні температури повинна бути менша швидкості релаксації цих напруженьв асфальтобетоні.
В теперішній часнедостатнє вивчення деформативності асфальтобетону не дозволяє використовувати впрактичній діяльності закони реології для характеристики тріщиностійкості покриття.
При визначеннітріщиностійкості дорожнього одягу від зниження температури звичайно припускають,що товщина його по довжині ділянки однакова і при відсутності поперечних швів аботріщин температурні напруження дорівнюють
σ = ΔtcE, (6.1)
де Δt – величина зниження температури(в середині шару);
с – коефіцієнттемпературного розширення або стиску;
Е – модуль пружності.
Це призводитьдо того, що на більш тонких ділянках (дана схема приведена в графічній частині роботина листі 3) результуюча розтягуюча сила від зниження температури, дорівнює Р1= σh1, буде меншою, ніж на більш товстих ділянках (рівна Р2 =σh2). Це викличе перерозподілення напруження до положення, коли Р1= Р2. В підсумку, на більш тонкій ділянці напруження зростуть до σ1,а на більш товстій зменшиться до σ2. Величина таких змін залежитьвід співвідношення довжин більш тонких і більш товстих ділянок.
Щоб визначитипідсумкові температурні напруження за ділянками – l1 і l2 – скористуємося рівняннямсумарних невідбувшихся температурних деформацій і невідбувшихся сумарних деформаційвід розтягуючих напружень σ1 і σ2, вважаючи, щопо ділянкам можуть бути і різні модулі пружності Е1 і Е2.
/> (6.2)
Врахуємо також,що з рівності сил Р1 = Р2
/> (6.3)
Після підстановкиотримаємо
/> (6.4)
Відношення σ1і σ2 з формули (6.1) дасть коефіцієнт перевантаження (К), який потрібновраховувати при визначенні тріщиностійкості.
З умови міцності(тріщиностійкості) допускаємий коефіцієнт перевантаження К для бетонної основи 1,05-1,1,для асфальтобетонного покриття – 1,1-1,3. З цього слідує, що при довжині тонкоїділянки 20 м h1/h2 повинно бути не менше, ніж 0,89 для бетону і 0,72 для асфальтобетону.При довжині тонкої ділянки 5 м граничне відхилення повинно бути відповідно не менше0,92 і 0,75.
Тріщиностійкістьна морозі дорожнього одягу в цілому характеризується по Р. К. Хаасу допустимою кількістютріщин в дорожньому покритті за певний строк його експлуатації (даний графік приведенийв графічній частині роботи на листі 3). За розрахункові при цьому приймаються повнітріщини плюс половина напівпоперечних на ділянці двошляхової дороги довжиною 150м. При цьому не враховуються тріщини, які мають протяжність менше половини ширинидороги.
Асфальтобетонв конструкції дорожнього одягу абсолютно завжди знаходиться в напруженому стані,що зв’язано з тим, що виникаючі в ньому напруження (температурні, від транспорту,який рухається по покриттю, виникаючі в ньому при просадках основи, при статичномуущільнені в будівельний період, при формуванні структури і т. д.) ніколи повністюне релаксують.
Але при постійнійнаявності в системі (в асфальтобетоні покриття) залишкового напруження, покриттяпід дією даного напруження буде постійно руйнуватися. Буде повзти до тих пір, покивідносні деформації повзучості асфальтобетону не досягнуть граничного значення (εгр).Після чого покриття неминуче трісне. Причому, так як згідно принципу суперпозиціїБольцмана, відбувається накладання деформацій, виникнення тріщин в покритті відбудетьсяне обов’язково в момент, коли його температура буде мінімальна. Воно відбудетьсятоді і при тій температурі, коли сумарна (накопичена в покритті) деформація повзучостіасфальтобетону прирівнюється до гранично тривалої для даного матеріалу в даний моментчасу і при даній температурі його величині />:
/> (6.5)
тут /> — границя тривалої міцності(границя текучості) асфальтобетону при розтязі;
/> — модуль повзучості асфальтобетонупри розтязі при одно секундному опорі;
(3,6·103)n – емпіричний коефіцієнт, якиймає смисл часу.
Але на деформаціюповзучості асфальтобетону в конструкції, яка визначається по залишковому його напруженню,будуть накладатися: температурні деформації асфальтобетону в покритті, деформаціїзгину покриття при проїзді по ньому колеса автомобіля, деформації, зв’язані з пластичнимидеформаціями основи, з пучінням, з просадками ґрунту основи покриття. Все це прискорюєпояву тріщин у покритті, причому частина з них може бути наслідком появи в ньомумиттєвих деформацій (наприклад, викликані проїздом по покриттю важко завантаженогоавтомобіля), додавання яких з тривалими деформаціями повзучості асфальтобетону вконструкції призводить по появи в ньому тріщин навіть тоді, коли покриття, з точкизору його деформацій, викликаних дією в ньому залишкових напружень, ще повністютріщиностійке.
Відміченедозволяє стверджувати:
1) не може бутитривало експлуатуємих дорожніх асфальтобетонних покриттів без тріщин. Інша справа,що їх кількість у покритті повинна бути обмежена і не повинна призводити до зниженняексплуатаційної надійності роботи покриття;
2) для характеристикизагальної тріщиностійкості асфальтобетонних покриттів, без обмежень їх тріщиностійкостілише на морозі, та для розробки вимог до конструкції дорожнього одягу і до матеріалівдля її виконання при умові їх тріщиностійкості дозволяє використовувати співвідношення(6.5), при співставленні отриманих результатів з даними, яке дає можливість враховуватинакопичення в дорожньому асфальтобетонному покритті залишкових деформацій, причомуне тільки морозобійного характеру.
Обмежитикількість тріщин в асфальтобетонному покритті до допустимих кількісних показниківможна:
– при підборіскладу асфальтобетону по вимагаємим розрахунково-експлуатаційним показникам йоговластивостей та вимагаємій довговічності;
– при забезпеченніроботи асфальтобетону у покритті в усьому робочому інтервалі його температур в пружно-пластичнійстадії формування;
– за рахунок зниженняінтенсивності старіння асфальтобетону в конструкції.
Не можебути повністю тріщиностійких нежорстких дорожніх одягів. Тому їх тріщиностійкістьповинна характеризуватися допустимою кількістю тріщин в покритті в кінці розрахунковоготерміну його експлуатації.
Таким чином:
1. Тріщиностійкістьасфальтобетонних покриттів визначається, по-перше, тріщиностійкістю власне асфальтобетонуі, по-друге, тріщиностійкістю дорожнього одягу в цілому. Тріщиностійкість асфальтобетонув покритті забезпечується, якщо його жорсткість при розтязі при мінімальній розрахунковійтемпературі покриття в кінці розрахункового терміну його експлуатації (16-20 років)при часі навантаження 20000 с буде не вище />Мпа, а бітуму в його складіпри часі навантаження 10000 с буде не більше />Мпа, де Kt – коефіцієнт старіння асфальтобетонув покритті в кінці розрахункового терміну його експлуатації (1,4 і 0,6).
2. Не може бутиповністю тріщиностійких нежорстких дорожніх одягів. Тому їх тріщиностійкість повиннахарактеризуватися допустимою кількістю тріщин у їх покритті в кінці розрахунковоготерміну його експлуатації.
3.Обмеження кількості тріщин в експлуатуємому покритті допустимим їх значенням забезпечуєтьсяпри підборі складів асфальтобетонів для їх виконання по потрібним значенням розрахунково-експлатаційнихпоказників його властивостей і потрібної його довговічності в покритті.
7. Сучасніспособи ремонту тріщин на дорожніх покриттях
Так само, як вселюдство, що завжди прагнуло створити вічний двигун, шляховики в усьому світі мріялипро дорожнє покриття з нескінченним терміном служби. Однак і перше, і друге покизалишається незбутня мрія багатьох факторів, які впливають на дорожній одяг, раноабо пізно приводять до появи дефектів на дорожнім покритті. Найпоширенішим видомдефектів є тріщини. Вчасно не відремонтовані тріщини поступово перетворюються увогнище руйнування дорожнього одягу. Тріщини класифікуються по ширині на вузькі- до 5 мм, середні — 5-10 мм і широкі — 10-30 мм.
Хоч тріщини іє лише незначною формою руйнування, своєчасний їх ремонт може запобігти більш серйознимруйнуванням дорожнього покриття, поява, наприклад, вибоїн або навіть його повногоруйнування. Неминуче утворення температурнихтріщин в асфальтобетонному покритті призводить до послаблення всієї конструкціїдорожнього одягу. За рахунок порушення суцільності покриття погіршується його розподільчаздатність, що викликає в зоні тріщини перенапруження шарів, які знаходяться нижчеїх руйнування під дією транспорту. Таким чином, температурні тріщини є небезпечним осередком руйнуванняасфальтобетонного покриття і всього дорожнього одягу. Тому відновлення суцільностіасфальтобетонного покриття автомобільних доріг після утворення температурних тріщинмає важливе значення і являється одним з основних резервів підвищення довговічностіавтомобільних доріг в цілому.
Отже, назріланеобхідність розробки і реалізації при ремонті та реконструкції доріг комплексузаходів, які б дозволили підвищити тріщиностійкість асфальтобетонних покриттів,продовжити терміни їх служби і знизити затрати на їх утримання. В залежності в основному відширини й причин утворення тріщин вибира-ється технологія їхнього ремонту й складзастосовуваного встаткування. Основним завданням при ремонті тріщин є запобіганняпроникнення через них води в нижні шари дорожнього одягу.
7.1 Розробкатріщин під кутом
Застосування даноїтехнології за порівнянням з традиційною сприяє підвищенню модуля пружності дорожньогоодягу в цілому і опору розтягу при згині. Раціональна величина кута скосу розробкикрізної тріщини становить 45-750. Ремонт крізних тріщин за розробленоютехнологією дозволяє підвищити модуль пружності в 2-2,2 рази, а розтяг при згинів 5-6 разів.
При прикладеннінавантаження над розробленою тріщиною руйнуюче зусилля повинно змінюватись в залежностівід товщини підсиленого шару та кута розробки тріщини. Так як руйнування буде йтипо найбільш ослабленому січенні, то його величина буде змінюватись від відношення/>, тобто при куті скосу розробкитріщини α=600, Sмс=1,16h2q, а при куті скосу розробки тріщини α=300,Sмс=2h2q, де
Sмс – площа січення в долях h2 висоти підсиляємого шару,
q – міцність міжшарового зчеплення.
Чим товще шарпідсилення h1, тим можливо менше вимагається кут скосу розробки тріщини, так якзбільшується його розподільча можливість і навпаки, чим менше товщина шару підсилення,тим більше потрібен кут скосу розробки тріщини. Розробка тріщини під кутом в пісиляємомушарі дозволяє здійснювати взаємну роботу як підсиляємого шару, хоча і з деяким послабленнямйого, так і підсилямого шару з шаром підсилення [28].
/>
Рисунок 7.1 — Залежність кута скосу розробки тріщини від товщини шару підсилення
h1, h1', h1'', h1''' – укладуємий шарпідсилення різної товщини;
h2 – підсиляємий шар;
α1, α2, α3 – кути скосу розробкитріщини;
Р – інтенсивністьвертикального навантаження.
7.2 Застосуваннягеосинтетиків
Метою застосуванняпосилення зі склосіток є перерозподіл горизонтальних напруг у шарі асфальтобетонуй зниження активних напруг завдяки поглинанню напруги скловолокнистим матеріалом.Завдяки функції перерозподілу зусиль сильно знижуються місцеві навантаження в асфальтобетоні,він довше залишається працездатним, що веде до зменшення тріщин. Тим самим помітнозбільшується строк експлуатації всього дорожнього одягу. Виконує слідуючи функції:
1. Як зчіплюючийматеріал, посиленого скловолокном між шаром асфальтового покриття й несучим шаромасфальту.
2. Як скловолокнистіґрати або нетканий матеріал, що зчіплює (з поліефіру), посиленого скловолокном міжнесучим асфальтним шаром або сполучним шаром асфальту й наявною конструкцією.
Посилення скловолокномперешкоджає при такій вставці, насамперед новотвору тріщин у несучому шарі асфальтуповерх наявних тріщин в існуючій конструкції, тобто, насамперед, утворення тріщинна стиках бетонних плит, якщо стара бетонна дорога покривається асфальтобетоном.
/>
Рисунок 7.2 — Функції посилення дорожнього одягу
Утворення тріщин через коливання температур у нижніх шарах відбуваєтьсявнаслідокколивань температури в дорожній конструкції під асфальтобетоном відбувається змінаширини тріщини. Через це в області тріщини виникають напруги, що розтягують, в асфальтобетоні.Чим більше ці напруги, тим скоріше збільшується деформації асфальту й тим швидшевідбувається утворення тріщин. Коли процес утворення тріщин уже почався, утвореннярозриву рухається знизу нагору й через відносно короткий час на поверхні асфальтуз'являється розрив. Починаючи із цього часу асфальтобетон, не є більше водонепроникним,і поверхневі води можуть проникати через тріщину в нижні шари асфальтобетону й основи.
Завдяки скловолокнистомупосиленню відбувається розподіл або поглинання напруг, (стягуючі напруги поглинаютьсяволокнами й знімають, таким чином, навантаження в новому асфальтобетоні в областітріщини). Завдяки менш значним місцевим напруженням при розтяганні в асфальтобетоніутворення тріщин за часом сильно сповільнюється. Працездатність асфальту зберігаєтьсядовше й збільшується термін служби всього дорожнього покриття.
Напруги в асфальтобетоні,що виникли внаслідок теплового ефекту, а також напруги від транспортного навантаженняприводять до того, що асфальт досягає такої крапки, коли він губить свою міцність,тобто стан бітуму, виходить за межі своєї можливої еластичності, і на поверхні асфальтобетонувиникають тріщини. При наявності матеріалу, що зчіплює, між шаром асфальтобетонногопокриття й несучим шаром у момент утворення розриву запобігається проникнення тріщинив нижні шари завдяки армованій бітумній мембрані (просочений бітумом зчеплюючийнетканий полімерний матеріал). Тим самим гарантується водонепроникність дорожньоїконструкції, і вода не може проникнути в нижні шари, тобто дорожня конструкція підшаром асфальтобетону зберігає свою працездатність.
У численних виданняхзахідноєвропейських країн пропагується застосування різних ґрат в асфальтобетоні,переважно з полімеру. Застосування проходить, як правило, з успіхом. Все-таки виявилося,що особливо в регіонах із суворими кліматичними умовами й дуже високими коливаннямитемператур (Канада, Аляска, Швеція й т.д.) скловолокно зарекомендувало себе набагатокраще, ніж полімерні матеріали. Досить позитивний результат застосування посиленьзі скловолокна досягається, поряд з меншими матеріальними витратами, завдяки наступнимфакторам:
– скловолокна при контактіз гарячим бітумом й асфальтобетоном не гублять своєї міцності;
– при контакті з гарячим бітумомй асфальтом скловолокна не вступають у хімічні реакції;
– скловолокно, на відміну відматеріалів з полімерів, маючи низьке подовження при розриві — 3 % і повзучість 0%. має високий опір при утворенні тріщин (при подовженні від 0,5 % в асфальтобетоніпочинається утворення тріщин);
– скловолокно чинить гарнийопір динамічним навантаженням транспорту;
– при регенерації асфальтобетонногопокриття зі скловолокнистим посиленням може бути легко знятий верхній шар шляхомфрезерування (сітка не намотується на фрезу, на відміну від полімерних матеріалів),а знятий асфальтобетон, може бути знову використаний.
/>
Рисунок 7.3 — Армувальні ефекти скловолокна і поліестера
У ціломувиявилося, що скловолокно, як матеріал, застосовуваний при укладанніасфальтобетону, у порівнянні з матеріалами з полімеру не виявляє яких-небудьнедоліків щодо своєї роботи на відміну від ґрат з полімеру.
Ремонтні роботипроводятьь у наступному порядку:
– підготовка дорожнього полотна,куди буде встановлюватися посилення зі скловолокна, тобто очищення поверхні відпилу, бруду й рослин і заповнення тріщин і стиків шириною > 4 мм. При дорожніхнерівностях (напр. старих роздроблених залишках бетону) варто укласти шар, що вирівнює,асфальтобетону;
– розпилення бітумної емульсіїабо гарячого бітуму залежно від необхідності й від виду емульсії максимум, але небільше 2 кг / кв. м (при великій площі нанесення бітумної емульсії або гарячогобітуму варто проводити обов'язково за допомогою машин);
– укладання композитного матеріалу,посиленого скловолокном або геосітки зі скловолокна (при великій площі укладанняповинна проходити за допомогою укладальних машин);
– укладання тонким шаром щебеня(в одну щебінку на ширину розливу бітуму) або тонкий шар асфальтобетону для захистугеосітки від гусениць асфальтоукладчика й коліс транспорту, що підвозить а/б суміш;
– безпосереднє укладання наступногоасфальтового покриття;
– якщо передбачено, укладаннянаступних шарів асфальту, завершення роботи над влаштуванням доріг.
/>
Рисунок 7.4 –Послідовність технологічних операцій при ремонті асфальтобетонних покриттівпідсилених геосіткою
а) очищення поверхні;
б) нанесення бітумноїемульсії;
в) розкочуваннягеосітки;
г) укладання асфальтобетонноїсуміші.
Роботи варто проводитив присутності фахівця, що має досвід укладання геосіток. Варто звертати увагу нате, щоб роботи проводилися в суху погоду й, щоб у покладені шари не проникала волога.
В закінченні можназробити наступні висновки:
– із застосуванням у шарахдорожніх одягів геосіток зі скловолокна можна значно збільшити строк їхньої експлуатації.Це в цілому означає тривалу працездатність доріг;
– посиленнязі скловолокна, через свої гарні технічні дані при їхньому застосуванні в шарахасфальтобетону в умовах суворого клімату виявляють кращі результати, ніж ґрати зполімеру.
/>
Рисунок 7.5 — Розміщення посилення в конструкції дорожнього одягу
Армування сіткою асфальтобетонного покриття дозволяє:
– знизити товщину шару асфальтобетонногопокриття до 20%;
– запобігти поширенню відбитихтріщин зі старого покриття в новий шар асфальтобетону;
– запобігти виникненню колійностій вибійності дорожнього полотна;
– збільшити припустиме несученавантаження дорожніх одягів;
– збільшити міжремонтні строкий термін служби дороги в 2-3 рази.
Таблиця 7.1 Геосинтетичніматеріали в дорожньому будівництвіНайменування виробу Умовна скорочена назва Загальна характеристика Область застосування Армдор сітки скляні клейоні просочені ГКС-50
Маса на одиницю площі 225±30 г/м2. Розривне навантаження, кН/м:
по основі – 50,0
по утку – 48,0.
Подовження при розриві, %:
по основі – 4,0
по утку – 4,0. Використовуються для армування асфальтобето-нних покриттів автомобі-льних доріг і аеродромів, відновлення доріг після ремонту підземних кому-нікацій. Армдор сітки скляні клейоні просочені ГКС-70
Маса на одиницю площі 320±40 г/м2. Розривне навантаження, кН/м:
по основі – 70,0
по утку – 65,0.
Подовження при розриві,
% — 4,0. Використовуються для армування асфальтобето-нних покриттів автомобі-льних доріг і аеродромів, відновлення доріг після ремонту підземних кому-нікацій. Армдор сітки скляні клейоні просочені ГКС-100
Маса на одиницю площі 450±50 г/м2. Розривне навантаження, кН/м:
по основі – 100,0
по утку – 95,0.
Подовження при розриві,
% — 4,0. Використовуються для армування асфальтобето-нних покриттів автомобі-льних доріг і аеродромів, відновлення доріг після ремонту підземних кому-нікацій. Армдор сітки скляні клейоні просочені ГКС-120
Маса на одиницю площі 540±60 г/м2. Розривне навантаження, кН/м:
по основі – 120,0
по утку – 115,0.
Подовження при розриві,
% — 4,0. Використовуються для армування асфальтобето-нних покриттів автомобі-льних доріг і аеродромів, відновлення доріг після ремонту підземних кому-нікацій. Геотекстильні неткані матеріали (лавсанові)
2В
211(120)
116
Поверхнева щільність, г/м2 – 120. Розривне навантаження, кн./м:
по довжині – 6,2
по ширині – 7,3.
Подовження при розриві, %:
по довжині – 80
по ширині – 110.
Ширина, см – 180. Дороги постійного користування, тимчасом-вого користування, фун-даменти, зони паркувань-ня автомобілів, крівля бу-дівель. Армування грун-тів земляного полотна, фільтрування води. Конт-роль ерозії грунтів у зоні будівництва. Найменування виробу Умовна скорочена назва Загальна характеристика Область застосування Полифелт PGM – геосинтетич-ний нетканий механічно зміц-нений скло воло-кном матеріал PGM-14
Поверхнева щільність, г/м2 – 140. товщина, мм – 1,4. Розривне навантаження, кН/м – 9,0. Подовження при розриві, % — 55. Будівництво та ремонт доріг з асфальтобетонним покриттям, забезпечує гі-дроізоляцію, вирівнює механічні напруги, забез-печує рівномірність при-лягання шарів дорожньо-го одягу. Полифелт PGM – геосинтетич-ний нетканий механічно зміц-нений скловоло-кном матеріал
PGM-G
50/50
Поверхнева щільність, г/м2 – 300. Розривне наван-таження, кН/м:
поздовжнє – 50
поперечне – 50.
Подовження при розриві, % — 3. Будівництво та ремонт доріг з асфальтобетонним покриттям, забезпечує гі-дроізоляцію, вирівнює механічні напруги, забез-печує рівномірність при-лягання шарів дорожньо-го одягу. Полифелт PGM – геосинтетич-ний нетканий механічно зміц-нений скловоло-кном матеріал
PGM-G
100/100
Поверхнева щільність, г/м2 – 430. Розривне наван-таження, кН/м:
поздовжнє – 100
поперечне – 100.
Подовження при розриві, % — 3. Будівництво та ремонт доріг з асфальтобетонним покриттям, забезпечує гі-дроізоляцію, вирівнює механічні напруги, забез-печує рівномірність при-лягання шарів дорожньо-го одягу. Геосинтетичний тканий матеріал (суцільний) ПДС — 1
Поверхнева щільність, кг/м2 — 452±10. Розривне наванта-ження, кН/м:
по основі – 80,0
по утку – 65,0.
Подовження при розриві, г/м2:
по основі – 8,0
по утку – 9,0.
Товщина, мм – 4,0. Дороги постійного корис-тування, тимчасомвого користування, зони пар-куваньня автомобілів, армування шарів дорож-ніх конструкцій, крутих відкосів. Фільтрування води, контроль ерозії гру-нтів у зоні будівництва. Дренажні системи, розділення шарів дорож-нього одягу.
7.2.1 Дослідженняглибини розміщення сітки у шарі підсилення
За традиційноютехнологією сітку розміщають на границі розділу старого покриття з тріщинами і шаромпідсилення. Ця обставина привела до роздумів, а чи є найкращою ця методика розміщеннясітки при ремонтних роботах. Тому був проведений пошуковий експеримент з метою визначенняоптимальної глибини закладання сітки у шар підсилення при якій зразки сприйматимутьнайбільші навантаження.
Випробування провадилосьна основі ДСТУ Б В.2.7-89-99. Мета досліду полягає у визначенні навантаження, необхідногодля руйнування зразка при згині і визначення оптимальної глибини розміщення армуванняіз сітки в шарі підсилення.
Засоби контролюта допоміжне обладнання:
1) преси механічнийта гідравлічний за ГОСТ 28840 з навантаженнями від 50 до 100 кН і до 500кН з силовимірювачами, що забезпечують похибку не більше 2% навантаження, яке вимірюють;
2) термометр хімічнийртутний скляний з ціною поділки шкали 10С за ГОСТ 400;
3) ваги електронніз точністю до 1г;
4) форми з вкладишамивідповідно до цього ДСТУ;
5) посудина дляприготування суміші;
6) опорне пристосування.
Розміри зразків80×40×160мм. Спочатку виготовлялись зразки розміром 40×40×160мм[18]. Зразки витримувались відповідно до вимог, під навантаженням 40 МПа не менше3-х хвилин. Потім ці зразки розламувались на дві частини для того, щоб імітуватитріщину. Для повної імітації старого покриття розламані зразки були забруднені впіску. Нарощення зразка проводилося під тим же навантаженням пошарово, залежно відглибини закладання сітки у зразок
Сітка, за бракомматеріалів для випробування, мала вигляд одного повздовжнього волокна і прикріпленихдо нього поперечних волокон (лист 17).
Випробування проводилосячерез добу після виготовлення зразків в один час і при однаковій температурі навколишньогоповітря. Результати даного пошукового експерименту приведені на листі 18 графічноїчастини роботи.
/>
Рисунок 7.6 — Схема випробування
Обрахунок результатівпроводили за /> (7.1)
Результати експериментувиявилися несподіваними. Вони показали, що найкраще сітка працює у шарі підсиленнязнаходячись по середині даного шару. Але ці результати потрібно ще детальніше проаналізуватиі при можливості перевірити таким же експериментом.
7.3 Застосуваннящебенево — мастичного асфальтобетону
Появу щебенево- мастичного асфальтобетону (ЩМА) відносять до 60-х років. В цей період спостерігалисьбагато чисельні пошкодження дорожніх одягів. Результатом ряду розробок став ЩМАз дрібним щебенем. Цей матеріал задовольняв пред’являэмим йому вимогам, таким як:
1) висока стійкістьпід дією великих навантажень;
2) висока стійкістьпри високих температурах;
3)опір дії шинз шипами.
Ідея полягалав тому, щоб створити стійкий щебеневий склад для відводу(розподілу) транспортнихнавантажень і заповнювати його бітумною мастикою до отримання бажаної величини залишковоїпористості.
ЩМА складаєтьсяз щебеню високого ґатунку з переривистим гранулометричним складом, дробленого піску,мінерального порошку, дорожнього бітуму і стабілізуючих добавок. В ЩМА застосовуєтьсявелика кількість бітуму. Це необхідно для отримання товстих плівок бітуму, які навітьпісля довготривалої експлуатації перешкоджають його старінню під дією кисню повітря,а також тріщиноутворенню.
Склад і структураЩМА визначають його експлуатаційні властивості. ЩМА особливо придатний для застосуванняв покриттях доріг при інтенсивному русі важких транспортних засобів. Важливою перевагоюЩМА є те, що його можна вкладати в якості шару зносу нерівномірної товщини.
Таблиця 7.2 Властивостіі особливості щебенево-мастичного асфальтобетонуСклад і структура Експлуатаційні властивості Високий вміст щебеню Висока стійкість (незалежно від температури) Мінеральний склад з приривистим гранулометричним складом Високо стійкий щебеневий склад Сприятливе сприйняття навантаження Товсті бітумні плівки Стійкість проти старіння Висока зносостійкість Товсті плівки асфальтового розчину Висока жорсткість Зменшення зсувних зусиль Хороша адгезія, також при дії води Стабілізуючи добавки Отримання товстих бітумних плівок Протидія стіканню бітуму при приготуванні, транспортуванні та улаштуванні Підвищення стійкості і однорідності асфальтобетона
Відмінною особливістюШМА є використання стабілізуючих добавок, які підвищують однорідність асфальтобетонуі запобігають витіканню бітума.
Поряд із загальноприйнятими правилами, які торкаються улаштування та ущільнення асфальтобетонноїсуміші, слід звернути увагу на деякі особливості:
1) температурасуміші в укладальнику повинна бути неменше 1500С;
2) важливо щобулаштування проводилось безперервно;
3) ущільненняповинно проводитись як умога швидше, однак при цьому слід запобігати виходу бітумуна поверхню покриття внаслідок ранньої укатки;
4) при улаштуванніслід забезпечити максимальну інтенсивність попереднього ущільнення укдальником;
5) на кожну укладаємусмугу потрібно мінімум два котки;
6) ущільненняможна провадити статичними або з вібрацією з застосуванням важких дво — або тривальцевихкатків масою не менше 9 тон.
Укладені в Росіїза такою технологією шари показали наступні переваги даного покриття в порівнянніз поряд розміщеними ділянками з звичайного асфальтобетону марки А і Б:
— вартість 1 кв.мулаштованого шару звичайного асфальтобетону марки А стає рівною вартості улаштованогошару із ЩМА( за рахунок зменшення товщини улаштовує мого шару);
— довговічністьдорожнього покриття з ЩМА перевищує строк служби покриття з асфальтобетону у 2-3рази;
— вартість обслуговуванняверхнього шару дорожнього покриття, виготовленого з ЩМА, в 2 рази нижче вартостуобслуговування шару, виготовленого з асфальтобетону, через велику стійкість протиколієвиникнення, меншій схильності до виникнення тріщин і більшій деформативності;
— відсутністьводяної плівки та калюж на поверхні в сиру погоду;
— більш легкезвільнення від сніжних заносів;
— відсутністьвидимих зон руйнування та лущення.
7.4 Інші метдиремонту тріщин
Відновлення суцільностіасфальтобетонного покриття автомобільних доріг після утворення температурних тріщинмає важливе значення і являється одним з основних резервів підвищення довговічностіавтомобільних доріг в цілому.
В залежності восновному від ширини й причин утворення тріщин вибирається технологія їхнього ремонтуй склад застосовуваного встаткування. Основним завданням при ремонті тріщин є запобіганняпроникнення через них води в нижні шари дорожнього одягу.
При наявностіна покритті мережі дрібних тріщин, спричинених недостатньою міцністю основи, їхне закривають, а на площі, трохи більшій зруйнованого місця, ламають дорожнє покриття.Після цього видаляють матеріал покриття основи та підстильного шару і влаштовуютьнову основу та асфальтобетонне покриття з пошаровим ущільненням.
. Гідроізоляціятріщин досягається за рахунок їхньої герметизації бітумом або спеціальними матеріалами– резино бітумною або битумно-полімерною мастиками.
Для заливаннятріщин застосовують такі матеріали, як рідкий чи розріджений в’язкий бітум (з подальшоюзасипкою висівками розміром 0-5 мм, обробленими бітумом) і спеціальні мастики –суміші з бітуму, мінерального порошку і спеціальних домішок.
Слід відразу зазначити,що для забезпечення якості герметизації тріщин необхідно в першу чергу орієнтуватисяне на бітум, а на мастики гарячого застосування, фізико-механічні властивості якихзначно перевершують властивості бітуму. У цей час як вітчизняні, так і закордонніфірми випускають широку гаму мастик, кращими з яких по експлуатаційних якостях єбітумно-полімерні .
При виборі мастикнеобхідно орієнтуватися на їхні основні властивості: температуру розм'якшення, щов окремих марок становить +100°С; температуру крихкості (до−50°С); відносне подовження (до 150% при температурі+20°С), еластичність (до 95%).
Роботи по заливаннютріщин мають такі технологічні операції:
– очистка тріщинвід пилу та бруду сталевими щітками, фрезою або металевими гаками;
– заливання тріщинрідким чи розрідженим бітумом, отриманим шляхом додавання гасу до в’язких бітумів,або мастикою (застосовують рідкі бітуми СГ 70/130, СГ 130/200, МГ 130/200, МГ 70/130;для отримання розріджених бітумів використовують в’язкий бітум БНД 200/300; рідкірозріджені бітуми перед використанням розігрівають до 80-100°С, а мастики – до 150-170°С);
– засипка обробленихбітумом тріщин висівками розміром 0-5 мм для усунення налипання матеріалу до колістранспорту.
Тріщини заповнюютьіз надлишком. Після видалення надлишку в’яжучого або мастики тріщину присипаютьгарячими кам’яними висівками або піском.
Тріщини завширшкибільш як 5 мм розробляють смугою 10-15 мм з кожного боку на всю ширину деформованогошару, застосовуючи спеціальні фрези. Розроблені тріщини ліквідують аналогічно ямковомуремонту. При розчищенні тріщин на покриттях, раціонально застосовувати розігрівачіінфрачервоного випромінювання.
Тріщини на асфальтобетоннихпокриттях необхідно замазувати навесні, восени або літом в прохолодну погоду, коливони найбільш розкриті. Звичайно прохолодна погода супроводжується опадами у виглядідощу. Дно та стінки тріщин довго просихають, що не дозволяє замазувати тріщини поіснуючій технології.
Роботи по замазуваннютріщин в сиру погоду передбачають наступні технологічні операції:
– очистка тріщинвід бруду промивкою водою під тиском;
– протирка дната стінок тріщин дрантям;
– заповнення тріщинводорозчинними олігомерами з затверджувачем і пластифікатором;
– присипка заповненихтріщин крупнозернистим піском кислих порід або гранітними висівками.
Тріщини необхіднозамазувати за допомогою спеціальних шприців або фарбопультів з малим кутом розпилення,щоб водорозчинний олігомер подавався під тиском.
Тріщини в сухупогоду замазують з використанням органічних розчинників бітуму. Роботи по замазцітріщин включають наступні операції в їх технологічній послідовності:
– очистка тріщинвід пилу та бруду продувкою стиснутим повітрям;
– розпилення органічногорозчинника по дну та стінкам тріщини;
– заливка їх розігрітимбітумом або мастикою;
– присипка заповненихтріщин відсівом.
Для замазки тріщинв дорожніх покриттях запропонований спосіб ремонту, що передбачає замазку розкритихтріщин у вологих покриттях мінеральним в’яжучим з наступною обробкою їх поверхнібітумною емульсією. Процес формування структури цементного каменю та виникненняадгезійних зв’язків між цементними та бітумними матеріалами при заповненні сухимцементом тріщин у вологих дорожніх покриттях протікає аналогічно тому, як і приремонті вибоїн з вологою поверхнею. Відмінність полягає лише в тому, що процесигідратації та набору міцності цементу відбуваються більш тривало. Для запобіганнявипаровування вологи з тріщин і забезпечення повної гідратації цементу замазанутріщину оброблюють бітумною емульсією. Це охороняє її від нерівномірного висиханнята розтріскування цементного каменю; з бітумної емульсії цемент поглинає воду, необхіднудля завершення гідратації сухих зерен; перенос води з бітумної емульсії в цементобумовлює прискорення процесів структуризації емульсії; фізико-хімічна взаємодіяцементного каменю з бітумом придає деяку пластичність поверхневому шару замазаноїтріщини та запобігає розтріскуванню матеріалу в процесі експлуатації. Для виключенняусадки цементного каменю і відриву його від стінок тріщини необхідно використовуватибезусадочні та розширюючісь цементи.
Роботи по замазуваннютріщин у вологих дорожніх покриттях виконуються в такій технологічній послідовності:
– очистка відбруду та води за допомогою стиснутого повітря, стальної щітки або металевих крюків;
– заповнення тріщинибезусадочним цементом або сухою піщаноцементною сумішшю з 3 %-м вмістом хлоридукальцію;
– ущільнення вібротрамбовками,при необхідності додавання в’яжучого і знову ущільнення.
Завершуючими операціямиє видалення залишків розчину із заповненої тріщини та обробка її поверхні бітумноюемульсією. Термін служби замазаної тріщини напряму залежить від щільності її заповненняновим матеріалом.
Досвід експлуатаціїавтомобільних доріг з асфальтобетонним покриттям в умовах з значними перепадамитемператур показує, що запобігання виникнення відображених тріщин у знову влаштовуємихшарах покриття може бути досягнемо тільки на основі комплексного підходу. Тому крімпідвищення міцностних та деформаційних характеристик асфальтобетону при низькихтемпературах доцільне використання і конструктивних заходів по зниженню напруженогостану влаштовуємих шарів. Одним з них є запобігання зчеплення нового шару з блокамистарого покриття в зоні тріщини шляхом укладки прошарків із спеціального матеріалу,який володіє низьким зчепленням з асфальтобетоном, достатньою міцністю на розтягта високою довговічністю.
Іншим ефективнимнапрямком є створення композитних асфальтобетонних покриттів, в яких має місце функціональнерозділення шарів при їх одночасній спільній роботі як одного цілого.
Прикладом такогорішення являється трьохшарове покриття, в якому верхній шар Б4 володіє високимипоказниками по зчеплення з протектором та опором проти стирання, а також стійкістюдо дії кислотних і лужних сполук, які виникають в атмосфері.
Особливі вимогипред’являються до нижнього шару Б2, який при високій міцності на розтяг повиненволодіти хорошим зчепленням з шаром Б3 і низьким з блоками старого асфальтобетонногопокриття. Нераціональне розподілення товщини шарів Б2, Б3, Б4 та міцностних деформаційниххарактеристик може привести до досягнення граничного розтягу шару Б3 в процесі йогоспільної роботи з шаром Б2 і, як наслідок, до виникнення тріщини над шаром Б2 (рис.7.7)[18].
/>
Рисунок 7.7 — Схема трьохшарового композиту підсилення з ймовірним розвитком тріщини над шаромБ2
Слід відмітити,що збільшення числа шарів підсилення старого покриття більше трьох навряд чи виправданотехнологічно та економічно, так як композитне трьохшарове покриття, в якому верхнійшар зносу і нижній шар, який перекриває тріщини над первинним, старим асфальтобетоннимпокриттям при достатньо високих значеннях міцності та деформативності і можуть ефективнопротидіяти виникненню як верхніх, так і нижніх тріщин. В свою чергу середній проміжнийшар повинен добре працювати на стиск та зріз. Остання вимога особливо важлива втих випадках, коли ширина розкриття первинних тріщин або швів перевищує 5 мм.
Крім мастики,величезний вплив на якість герметизації тріщин робить правильний вибір і строгедотримання технології провадження робіт і застосовуваного устаткування.
Вузькі тріщинине вимагають великого набору складних технологічних операцій. Як правило, тріщинишириною до 5 мм очищають продувкою стисненим повітрям, просушують, прогрівають ізаповнюють бітумною емульсією або мастикою з високою проникаючою здатністю. Просушкутріщини, як правило, сполучають із операцією прогріву, при цьому необхідною умовоює нагрівання зони тріщини до температури не менш 80°С.
Середні й широкітріщини споконвічно повинні бути оцінені на предмет руйнувань кромок. У випадку,якщо тріщина має зруйновані кромки, технологія ремонту повинна починатися з операціїїї оброблення, тобто штучного розширення її верхньої частини з утворенням камери,у якій забезпечується оптимальна робота герметизуючого матеріалу на розтягання вперіод розкриття тріщини. Причому ширина камери повинна бути не менше зони руйнуваннякромок тріщини. Для створення найкращих умов роботи герметика в камері співвідношенняїї ширини й глибини звичайно приймається як 1:1. Крім того, при визначенні геометричнихрозмірів камери необхідно враховувати максимально можливе розкриття тріщини й відноснеподовження використовуваного герметизуючого матеріалу. Звичайно ширина камери перебуваєв межах 12–20 мм.
В випадку, коликромки тріщини не піддавалися руйнуванню і є можливість якісно загерметизувати тріщинубез її оброблення, дану операцію можна виключити з технологічного процесу.
Слід зазначити,що операція фрезування або оброблення тріщини є найбільш дорогою через високу вартістьзастосовуваного інструмента, і включення її в технологію провадження робіт повиннобути економічно й технічно обґрунтовано. Найважливішою умовою забезпечення якостігерметизації тріщин є наявність гарного зчеплення герметика зі стінками необробленоїтріщини або відфрезерованої камери. У зв'язку із чим велика увага приділяється проведеннюпідготовчих робіт з очищення й просушки тріщини. Навіть невелика кількість брудуабо вологи в порожнині тріщини не дозволяє забезпечити надійну адгезію мастики доїї стінок. У деяких випадках для поліпшення адгезії роблять підґрунтовку стіноквідфрезерованої камери праймером – мало в’язкою плівко утворюючою (склеювальною)рідиною.
Однак дана операціябільше ефективна при ремонті цементобетонних, чим асфальтобетонних покриттів. Дляасфальтобетонних покриттів більш доцільно використати прогрів зони тріщини до температури,при якій відбувається виділення в'яжучого з асфальтобетону на стінках тріщини, щозбільшує міцність зчеплення герметика зі стінками. Безперечно, основною технологічноюоперацією при ремонті тріщин є їхнє заливання гарячою мастикою. Мастика попередньонагрівається до температури 150–180°С, після чого подаєтьсяв улаштовану камеру або безпосередньо в порожнину тріщини.
При цьому залежновід застосовуваного встаткування можна або зробити герметизацію самої тріщини, абоодночасно із заливанням улаштувати на поверхні покриття в зоні тріщини пластир.Такий пластир шириною 6–10 см і товщиною 1–3 мм дозволяє зміцнити кромки тріщиний запобігти їх руйнуванню. Однак досвід проведення таких робіт показує, що улаштуванняпластиру в зоні тріщини на автомобільних дорогах з високою інтенсивністю руху малоефективне,тому що матеріал пластиру досить швидко руйнується колісьми транспорту, що рухається.
Завершуючою операцієютехнології ремонту тріщин є присипка загерметизованної тріщини дробленим сухим піскомфракції 3–5 мм, близьким за кольором основному мінеральному матеріалу покриття.Присипка служить для відновлення загальної текстури й шорсткості покриття, а такожзапобігає налипання мастики на колеса автомобіля.
Технологічнийпроцес санації тріщин повинен бути практично безперервний. Операції очищення відпилу й бруду, просушки, прогріву й заливання тріщин повинні переходити одна в іншупри мінімальному розриві за часом.
7.5 Устаткуваннядля ремонту тріщин
Технологія санаціїтріщин реалізується комплектом устаткування, що складається в загальному виді ізфрези для оброблення тріщин, механічної щітки, компресора, газогенераторної установки,плавильно-заливочної машини, устаткування для присипки загерметизованної тріщини.Провідними закордонними фірмами по випуску комплектів устаткування або окремих йоговидів для санації тріщин, що активно працюють на нашому ринку, є Breining (Німеччина), Grun (Німеччина), Schaefer (Німеччина), Crafco (США), Stow (США), Cedima (Німеччина), Stra-ssmayr (Австрія). Всі ці фірми роблятьустаткування для оброблення тріщин. Всі види встаткування, що випускаються, підрозділяютьсяв основному по типу подачі на ручні й самохідні, а також по типу використовуваногоінструмента — алмазний або із твердим сплавом.
1) Устаткуваннядля оброблення тріщин фірми Cedima (Німеччина).
Фірма Cedima випускаєручну машину для фрезування тріщин моделі СRF-60У. Машина призначена для оброблення тріщин як в асфальтобетонних,так й у цементобетонних покриттях. Компактна тверда рама встановлена на спеціальнийколісний хід, що дозволяє точно відслідковувати конфігурацію тріщини при її фрезеруванні.Як ріжучий інструмент використаються або алмазні круги малого діаметра, об'єднанів пакет, або спеціальні алмазні фрези з необхідною шириною ріжучої кромки. Обробленнятріщин звичайно здійснюється без охолодження різального інструменту, тобто використовуютьсякола або фрези для так називаного «сухого» різання. Разом з тим для зв'язуванняпилу, що утвориться в процесі різання на машині, є водяний бак із гнучким підведеннямводи. Крім того, пил із зони робіт може бути також вилучений пилососом, для чогона машині передбачене стандартне його приєднання. Привід різального інструментуздійснюється від бензинового двигуна через клиноремінну передачу. Фірма також випускаємодифікацію машини, оснащену електродвигуном.
Для обробленнятріщин в асфальто- і цементобетонних покриттях призначене також устаткування фірмиGrun. Машина в процесі роботи пересувається вручну, роблячи оброблення тріщини алмазнимінструментом. На її рамі штатно встановлюється пилосос типу циклон для видаленняпилу із зони різання. Так само як і на машині фірми Сеdima, є ручний важіль дляшвидкого виводу різального інструменту з метою запобігань його поломок.
Аналогічні машинидля оброблення тріщин, що використають алмазний інструмент, випускає фірма Stow.Моделі машин RСС 130Н иС-10,що відрізняються легкістю керування й гарною маневреністю, можуть бути використанідля фрезерування будь-яких криволінійних тріщин.
Машина моделіFF6-SF для обробленнятріщин фірми Вreining має істотні відмінності від аналогічних машин згадуваних ранішефірм, основним з яких є тип використовуваного різального інструменту – фрези ізтвердим сплавом. На відміну від алмазного різання, коли щебінь в асфальтобетонномупокритті розрізається, при фрезеруванні твердим сплавом відбувається дроблення крупнихзерен щебеню. При цьому, у випадку використання для влаштування покриття асфальтобетонноїсуміші з великим заповнювачем фракції 20 мм і більше, відбувається виривання великихчасток щебенів із кромок оброблюємої тріщини і в цілому зменшення міцності покриттяв зоні тріщини. Устаткування із твердим сплавом доцільно застосовувати при обробленнітріщин в асфальтобетоні з максимальної крупністю заповнювача 10 мм і менше.
Другою істотноювідмінністю машини FF6-SF є наявність гідравлічного приводу різального інструменту.Вихлопна труба дизельного двигуна, установленого на рамі машини, змонтована такимчином, щоб гази, що відходять, були спрямовані в зону роботи фрези для видаленняз оброблюємої тріщини продуктів різання. Слід також зазначити, що різальний інструментна машині розташований у передній її частині, а керуючий нею оператор перебуваєпозаду, що обмежує огляд зони провадження робіт.
2) Устаткуваннядля оброблення тріщин фірми Crafco (США).
Машина для обробленнятріщин моделі РС-200 фірмиCrafco (мал. 2) відрізняється конструкцією ріжучого вузла, за допомогою якого фрезаточно повторює конфігурацію тріщини, який би звивистої вона не була. Як ріжучийінструмент на машині використаються фрези із твердим сплавом, які можуть оброблятитріщини як в асфальтобетонних, так й у цементобетонних покриттях.
Привід шпинделя,на якому монтується ріжуча фреза, здійснюється від бензинового 2-циліндрового двигуначерез клиноремінну передачу. На відміну від більшості машин, де занурення різальногоінструменту виробляється механічним способом, на моделі РС-200 є електрогідравлічнийпривід установки глибини різання. Машина має високу продуктивність, що залежно відглибини й ширини обробки, а також оброблюваного матеріалу перебуває в межах 300-600м/година.
3) Фрезерувальнідиски із твердосплавним покриттям для машин S-FF 12/F й S-FF 19/F фірми Schaefer(Німеччина).
Машини, що випускаютьфірмами Schaefer й Strassmayr мають привід ходу, і також як інструмент на них використаютьсяфрези із твердим сплавом. Особливістю твердосплавного інструмента є можливість йогозаточування, якщо він затупився в про-цесі роботи. Самохідні машини моделей S-FF12, S-FF19 іS-FF27 мають високу продуктивність. Гідравлічнийпривід ходової частини дозволяє машині моделі S-FF 12 пересуватися зі швидкістюдо 5,0 км/година, машинам S-FF19 й S-FF27 — до 7,0 км/год. При цьому обробленнятріщин виробляється на швидкостях 3–8 м/хв. Навіть на таких високих швидкостях черезгарну маневреність, забезпеченою системою керування, машина при роботі точно повторюєвсі вигини навіть самої криволінійної тріщини. Робоче місце оператора перебуваєбезпосередньо на самій машині, і з нього забезпечується дуже гарна оглядовість зонирізання. Крім того, через відносно велику масу на цих машинах спостерігається доситьмала вібрація, властива основ-ній масі машин, що використають твердосплавний інструмент.
4) Дискова щіткафірми Schaefer (Німеччина).
У випадку, колинеобхідно зробити санацію досить широких і сильно забруднених тріщин, їхнє очищеннязвичайно роблять механічними щітками. Такі щітки моделей FВ 16 і НР 16 випускають відповідно фірми Вreiningй Schaefer. Як робочий інструмент використається диск із металевим ворсом діаметром300 мм і товщиною 6, 8, 10 або 12 мм залежно від ширини тріщини, товщина робочогооргана на 2–4 мм повинна бути менше ширини очищуємої тріщини.
Привід робочогооргана здійснюється від бензинового або дизельного двигуна потужністю 12 кВт. Керуваннямеханічною щіткою здійснюється вручну. Слід зазначити, що механічна щітка в першучергу призначена для прочищення швів у цементобетонних покриттях, однак її ефективністьпри очищенні щодо прямолінійних широких тріщин в асфальтобетоні не раз підтвердженийна практиці.
5) Устаткуваннядля прогріву стінок тріщини типу Fugenwolf фірми Schaefer (Німеччина).
Якості герметизаціїтріщин в асфальтобетонних покриттях неможливо домогтися без виконання технологічнихоперацій їхньої просушки й прогріву. Практично всі виробники встаткування для санаціїтріщин випускають так названі газогенераторні установки. Назва цих установок можебути різна, наприклад, НОТ-DОу фірми Вreining, Fugenwolfу фірми Schaefer або «тепловий спис» в інших фірм, але принцип роботи в основномуодин. Він заснований на подачі під великим тиском гарячого стисненого повітря впорожнину тріщини. Стиснене повітря від компресора продуктивністю 2,5-5,0 м3/хвіз тиском 3,5–12 кг/см2 змішується із природним газом й у вигляді газоповітряноїсуміші надходить у камеру згорання, де підпалюється. Нагрітий до температури 200–1300°С повітря через форсунку зі швидкістю 400–600 м/сек подаєтьсяв зону оброблюваної тріщини. Витрата газу при цьому становить 3-6 кг/год. Високошвидкіснийпотік стисненого повітря, крім прогріву, ефективно очищає порожнину самої тріщиний, крім того, вириває окремі зруйновані частки покриття із зони, що прилягає дотріщини. Однак багато організацій, що займаються ремонтом тріщин, не мають подібнихгазогенераторних установок і здійснюють просушку й прогрів тріщини пальниками звідкритим полум'ям. Це приводе до інтенсивного старіння й вигорання в'яжучого, урезультаті – прискорене руйнування асфальтобетонного покриття в зоні тріщини.
Звичайно заливаннятріщини герметиком здійснюються зверху вниз, тому що сопло заливальника неможливоглибоко занурити в паз тріщини або до дна відфрезерованої камери. При цьому, якщопопередньо не зроблений прогрів стінок тріщини, відбувається швидке охолодженнягерметика в порожнині тріщини, що призводить до утворення пробки, що перешкоджаєпроникненню мастики на необхідну глибину й надалі, у процесі експлуатації, негативнопозначається на роботі герметика.
Все згадуванераніше встаткування займає важливе місце в реалізації технологічного процесу ремонтутріщин, однак все воно відноситься до встаткування для проведення підготовчих робіт,основними ж є різні моделі заливальників швів. Сучасні заливальники в загальномувиді являють собою обігріваємий бак, що, установлений на рамі, оснащеної коліснимходом. Обігрів може здійснюватися за рахунок масляного теплоносія, газом або пальникомз дизельним паливом. Герметизуючий матеріал завантажується в бак, де нагріваєтьсядо робочої температури, а потім за допомогою насоса по термостійких шлангах подаєтьсяв підготовлену тріщину. Рівномірність нагрівання герметика має дуже важливе значення,тому що, наприклад, для бітумно-полімерної мастики нагрівання до 200°С може привести до її термічного руйнування. У зв'язку з цим кращіпоказники в плавильно-заливочних машин із системою масляного обігріву. Практичновсі моделі заливальників оснащуються системами контролю температури герметика йтермального масла. Окремі заливальники обладнаються спеціальними мішалками, що сприяютьрівномірному нагріванню всієї маси герметика. Плавильно-заливочні машини випускаються,як правило, причіпними. Заливальник може транспортуватися на об'єкт у вигляді причепадо автомобіля зі швидкістю до 80 км/година, а потім працювати автономно, пересуваючисьвласним ходом зі швидкістю до 5 км/година.
6) Універсальнасамохідна машина для герметизації тріщин моделі UVM 500 фірми Breining (Німеччина).
Заливальники фірмиВreining моделей МОNО 250 FU,МОNО 500 FU іМОNО 800 FU змонтовані на автомобільномушасі. Та ж фірма робить самохідну машину моделі UVМ 500, на рамі якої, крім заливальника МОNО 500 FU, змонтованийтакож компресор. Таке сполучення встаткування дозволяє прочищати, просушувати йпрогрівати тріщину установкою НОТ-DО й одночасно заливати її мастикою. У цьому випадкуодна технологічна операція плавно переходить в іншу з мінімальним розривом за часом,що безсумнівно позитивно позначається на якості вироблених робіт. Машина має гідропривідна задні колеса й може пересуватися зі швидкістю до 20 км/год. Однак подача повітрядо газогенераторної установки може здійснюватися й від окремого компресора, що перебуває,наприклад, у кузові автомобіля, що буксирує заливальник. Безпосередньо герметизаціятріщин здійснюється через різні сопла, розмір яких залежить від ширини заповнюваноїтріщини. При необхідності заливальне сопло може оснащуватися башмаками для влаштуванняна поверхні покриття в зоні тріщини мастичного пластиру шириною 6-8 см.
7) Устаткування,що плавильно-вприскують, серії Super Shot фірми Crafco (США).
У Росії заливальникшвів ЭД 135 по ліцензіїфірми Вreining (Німеччина) випускає ВАТ «НПО РОСДОРМАШ». Важливим параметром заливальниківє час розігріву герметика до робочої температури, у кращих моделей цей час становитьусього 45–60 хвилин. Слабким місцем заливальників є остигання мастики в шлангахй утворення пробок. Для рятування від цього недоліку практично на всіх моделях передбаченазамкнута система циркуляції гарячої мастики зі зворотною подачею її від заливальногосопла в бак, а також электропрогрів шлангів, як, наприклад, на заливальниках серіїSuper Shot фірми Сrafco.
Заливальники фірмВreining, Grun, Schaefer й інших мають убудований компресор, за допомогою якогоздійснюється очищення повітрям трубопроводів і шлангів після роботи.
8) Малий заливальниктріщин Fugenwiesel фірми Schaefer (Німеччина).
Крім заливальниківдля герметизації тріщин можуть бути використані кохери, що мають системи підігрівуй перемішування. При цьому безпосередньо герметизація тріщин здійснюється, як правило,малими заливальниками, у ємність яких гаряча мастика заповнюється з кохера. Малізаливальники також можуть мати власну систему підігріву ємкості й заливального соплавід газового балона. Прикладом такого встаткування може служити заливальник Fugenwiesel фірми Schaefer. На рамізаливальника змонтовані дві ємності, одна з яких заповнюється герметиком, а другапіском з відсівів дроблення фракції 1–3 мм. Таким чином, даний заливальник не тількигерметизує тріщину, але й одночасно присипає її для виключення прилипання мастикидо коліс автомобіля. Достоїнством заливальника Fugenwiesel є можливість герметизуватитріщини великої ширини, тому що мастика із сопла подається струменем шириною в кількасантиметрів.
Малий заливальникмоделі VG 80 фірми Breining(Німеччина) має власний підігрів ємності з герметиком, що дозволяє йому працюватив автономному режимі при виконанні невеликого обсягу робіт.
Для присипки загерметизованогошва фірми випускають спеціальне устаткування – розподільник. Наприклад, у фірмиВreining таким є модель FS-1.Устаткування являє собою бункер місткістю 70 літрів, установлений на три колеса.Причому, переднє, рояльне колесо дозволяє рухатися точно по напрямку тріщини, ана осі задніх усередині бункера змонтований дозувальний валик. Розподільник переміщаєтьсявручну уздовж загерметизованої тріщини, відразу ж за заливальником, при цьому колесаприводить в обертання валик, що дозує дроблений пісок або дрібний щебені на поверхнюмастики, залитої в тріщину.
8. Економічна ефективність пропонуємих ремонтних заходів
8.1 Визначеннякошторисної вартості виконання робіт щодо ремонту тріщин
Зробимо розрахуноквартості ремонтних робіт із застосуванням традиційної технології, по методу розробкитріщини і застосуванням геотекстильного армування та без нього.
1) Ремонт тріщинтрадиційним методом
Склад робіт: Очищення тріщини. Заробкатріщин бітумом. Засипка поверхні з ущільненням.
Вимірник: 100п.м.
Таблиця 8.1 Ресурсніелементні кошторисні норми
Шифр
ресурсу Найменування ресурсу Одиниця виміру Кількість 1 2 3 4
1
2
3
Витрати праці робітників-будівельників
Середній розряд робіт
Витрати праці машиністів
люд-год
розряд
люд-год
11,91
2,4
5,93
212-0101
205-0101
212-1301
Машини та механізми
Автогудронатори, ємністю 3500 л
Компресор пересув-ний з двигуном внут-рішнього згорання, тиском до 686 кПа [7 атмосфер]
Ручна фреза
маш-год
маш-год
маш-год
1,13
3,01
0,33
111-1561
1421-10634
Матеріали
Бітуми нафтові дорожні МГ і СГ, рідкі
Пісок природній, рядовий
т
м3
0,09
0,05
Таблиця 8.2 Відомістьресурсів до локального кошторису (форма №4а)
№
п/п
Шифр
ресурсу Наймкнування
Одиниці
виміру Кількість Поточна ціна за одиницю продукції, грн В тому числі
Відпускна ціна продукції, грн Транспортна складова, грн Зготівельно – складські витрати, грн
І. Витрати праці
1 1 Витрати праці робіт-ників — будівельників люд-год 11,91 2,07 – – –
2 2 Середній розряд ро-біт, виконуваних ро-бітниками – будівель-никами розряд 2,4 – – – –
3 3 Витрати праці робіт-ників, зайнятих упра-влінням та обслугову-ванням машин люд-год 5,93 2,54 – – –
4 - Середній розряд лан-ки робітників, зайня-тих управлінням та обслуговуванням ма-шин розряд 4,3 – – – –
5 - Витрати праці робіт-ників, заробітна плата яких враховується у загально виробничих витратах люд-год 1,74 2,84 – – –
Разом кошторисна трудомісткість люд-год 17,84 – – – –
Середній розряд робіт розряд 3 – – – –
ІІ. Будівельні машини та механізми
1 212-0101 Авто гудронатори, ємністю 3500 л маш-год 1,13 31,19 – – – 2 205-0101 Компресор пересув-ний з двигуном внут-рішнього згорання, тиском до 686 кПа [7 атмосфер] маш-год 3,01 16,1 – – – 3 212-1301 Ручна фреза маш-год 0,33 85,91 – – –
ІІІ. Будівельні матеріали, вироби та конструкції
1 111-1561 Бітуми нафтові доро-жні МГ і СГ, рідкі т 0,09 1314,53 1264 14,53 36 2 1421-10634 Пісок природний, ря-довий
м3 0,05 26,94 18 8,55 0,39 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Локальний кошторис(форма№4)
на виконання ремонтупоперечних тріщин традиційним методом
Кошторисна вартість– 0,286 тис. грн
Кошторисна трудомісткість– 17,84 люд-год
Кошторисна заробітнаплата – 0,044грн.
Середній розрядробіт – 3 розряд
Таблиця№ п/п Шифр і номер позиції нормативу Найменування робіт і витрат, одиниця вимірювання Кількість Вартість одиниці, грн Загальна вартість, грн
Витрати праці робітників, люд-год не зайнятих обслуговуван-ням машин
Витрати праці машиніста
Всьо-го
Експл.
машин
в тому числі зар.
плата Всьо-го Заробітна плата
Експл.
машин
в тому числі зар.
плата на оди-ницю всього 1 205-0101
Очищення тріщин.
100 п.м 1 48,46
48,46
5,08 48,46
48,46
5,08 2 212-1301
Розробка тріщини.
100 п.м 1 28,35
28,35
5,3 28,35
28,35
5,3 3 212-0101
Заробка трі-щин бітумом. Засипка пове-рхні з ущіль-ненням.
100 п.м 1 154,9
35,24
4,16 154,9
35,24
4,16 Всього 231,71 24,65
112,05
14,54
11,91
5,93
11,91
5,93
Разом прямі витрати– 256,36 грн.
в тому числі:
вартість матеріалів,виробів та конструкцій – 119,65 грн.
всього заробітнаплата – 39,19грн.
Загально виробничівитрати – 29,87 грн.
трудомісткістьу загально виробничих витратах – 1,74 люд-год
заробітна платау загально виробничих витратах – 4,94 грн.
Всього по кошторису– 286,23 грн
Кошторисна трудомісткість– 17,84 люд-год
Кошторисна заробітнаплата – 44,13 грн.
2) Ремонт тріщинз використанням тріщиноперериваючих шарів
Склад робіт: Очищення смуги покриття.Розмітка тріщини. Розробка тріщини. Засипка щебенем з трамбуванням. Підгрунтовакраїв старого покриття. Засипка крупнозернистим асфальтобетоном.
Вимірник: 100п.м.
Таблиця 8.3 Ресурсніелементні кошторисні норми
Шифр
ресурсу Найменування ресурсу Одиниця виміру Кількість 1 2 3 4
1
2
3
Витрати праці робітників-будівельників
Середній розряд робіт
Витрати праці машиністів
люд-год
розряд
люд-год
24,79
2,7
11,21
212-1301
212-0102
-
205-0101
Машини та механізми
Ручна фреза
Автогудронатори, ємністю 7000 л
Віброплита
Компресор пересувний з двигуном внутрішнього згорання, тиском до 686 кПа [7 атмосфер]
маш-год
маш-год
маш-год
маш-год
1
0,0072
1,16
8,04
111-1556
П
1424-9453
Матеріали
Бітуми нафтові дорожні марки БНД 90/130
Суміші асфальтобетонні дорожні гарячі крупнозернисті
Щебінь із природного каменю фракції 5-20 мм
т
т
м3
0,025
7,24
4,5
Таблиця 8.4 Відомістьресурсів до локального кошторису (форма №4а)
№
п/п
Шифр
ресурсу Наймкнування
Одиниці
виміру Кількість Поточна ціна за одиницю продукції, грн В тому числі Відпускна ціна, грн Транспортна складова, грн Зготівельно – складські витрати, грн
І. Витрати праці 1 1 Витрати праці робіт-ників — будівельників люд-год 24,79 2,13 – – – 2 2 Середній розряд робіт, виконуваних робітниками – будівель-никами розряд 2,7 – – – – 3 3 Витрати праці робіт-ників, зайнятих упра-влінням та обслугову-ванням машин люд-год 11,21 2,61 – – – 4 - Середній розряд лан-ки робітників, зайня-тих управлінням та обслуговуванням ма-шин розряд 4,4 – – – – 5 - Витрати праці робіт-ників, заробітна плата яких враховується у загально виробничих витратах люд-год 3,53 2,84 – – – Разом кошторисна трудомісткість люд-год 39,53 – – – – Середній розряд робіт розряд 3,2 – – – –
ІІ. Будівельні машини та механізми 1 212-1301 Ручна фреза маш-год 1 85,91 – – – 2 212-0102 Авто гудронатор, ємністю 7000 л маш-год 0,0072 30,88 – – – 3 – Віброплита маш-год 1,16 9,4 – – – 4 205-0101 Компресор пересув-ний з двигуном внут-рішнього згорання, тиском до 686 кПа [7 атмосфер] маш-год 8,04 16,1 – – –
ІІІ. Будівельні матеріали, вироби та конструкції 1 1424-9453 Щебінь природний, фракції 5-20 мм
м3 4,5 53,94 45 8,55 0,39 2 П Асфальтобетон круп-нозернистий т 7,24 269,66 258 8,41 3,25 3 111-1556 Бітум БНД 90/130 т 0,025 1362,53 1312 14,53 36
Локальний кошторис(форма№4)
на виконання ремонтутріщин з використанням тріщиноперериваючих шарів
Кошторисна вартість– 2,566 тис. грн
Кошторисна трудомісткість– 39,53 люд-год
Кошторисна заробітнаплата – 0,083тис.грн..
Середній розрядробіт – 3,2 розряд
Таблиця№ п/п Шифр і номер позиції нормативу Найменування робіт і витрат, одиниця вимірювання Кількість Вартість одиниці, грн Загальна вартість, грн
Витрати праці робітників, люд-год не зайнятих обслуговуван-ням машин
Витрати праці машиніста
Всьо-го
Експл.
машин
в тому числі зар.
плата Всього Заробітна пла-та
Експл.
машин
в тому числі зар.
плата на оди-ницю всього 1 205-0101 Очищення сму-ги покриття. 1 129,44
129,44
5,08 129,44
129,44
5,08 2 212-1301 Розмітка трі-щини. Розробка тріщини 100 п.м 1 85,91
85,91
5,3 85,91
85,91
5,3 3 - Засипка щебе-ню в розроблювану тріщину. ущильнення 100 п.м 1 253,63
10,9
5,08 253,63
10,9
5,08 4 212-0102
Підгрунтовка країв старого покриття. Заси-пка крупнозер-нистим асфаль-тобетоном. Ущільнення.
100 п.м 1 1986,62
0,22
4,21 1986,62
0,22
4,21 Всього 2455,6 52,8
226,47
19,67
24,79
11,21
24,79
11,21
Разом прямі витрати– 2508,4 грн.
в тому числі:
вартість матеріалів,виробів та конструкцій – 2229,13 грн.
всього заробітнаплата – 72,47 грн.
Загально виробничівитрати – 57,87 грн.
трудомісткістьу загально виробничих витратах – 3,53 люд-год
заробітна платау загально виробничих витратах – 10,02 грн.
Всього по кошторису– 2566,27 грн
Кошторисна трудомісткість– 39,53 люд-год
Кошторисна заробітнаплата – 82,49 грн.
3) Метод ремонтутріщин з застосування геотекстильного армування
Склад робіт: Очищення смуги покриття.Очищення тріщини. Заробка тріщини бітумом. Підгрунтовка смуги покриття. Розстиланнягеотекстильної сітки. Вимірник: 100 п.м.
Таблиця 8.5 Ресурсніелементні кошторисні норми
Шифр
ресурсу Найменування ресурсу Одиниця виміру Кількість 1 2 3 4
1
2
3
Витрати праці робітників-будівельників
Середній розряд робіт
Витрати праці машиністів
люд-год
розряд
люд-год
15,39
2,5
5,16
212-1301
212-0102
212-1601
205-0101
Машини та механізми
Ручна фреза
Автогудронатори, ємністю 7000 л
Машина поливомийна, ємністю 6000 л
Компресор пересувний з двигуном внутрішнього згорання, тиском до 686 кПа [7 атмосфер]
маш-год
маш-год
маш-год
маш-год
0,33
0,0145
1,46
3,01
1421-10634
111-1561
111-1556
Матеріали
Сітка із скловолокна
Вода
Пісок рядовий
Бітуми нафтові дорожні МГ і СГ, рідкі
Бітуми нафтові дорожні марки БНД 90/130
м2
м3
м3
т
т
50
3,31
0,05
0,09
0,025
Таблиця 8.6 Відомістьресурсів до локального кошторису (форма №4а)
№
п/п
Шифр
ресурсу Наймкнування
Одиниці
виміру Кількість Поточна ціна за одиницю продукції, грн В тому числі
Відпускна
ціна, грн Транспортна складова, грн Зготівельно – складські витрати, грн І. Витрати праці 1 1 Витрати праці робітників — будівельників люд-год 15,39 2,09 – – – 2 2 Середній розряд робіт, виконуваних ро-бітниками – будівель-никами розряд 2,5 – – – – 3 3 Витрати праці робіт-ників, зайнятих упра-влінням та обслугову-ванням машин люд-год 5,16 2,34 – – – 4 - Середній розряд ланки робітників, зайнятих управлінням та обслуговуванням ма-шин розряд 4 – – – – 5 - Витрати праці робіт-ників, заробітна плата яких враховується у загально виробничих витратах люд-год 2,01 2,84 – – – Разом кошторисна трудомісткість люд-год 22,56 – – – – Середній розряд робіт розряд 2,9 – – – – ІІ. Будівельні машини та механізми 1 205-0101 Компресор пересув-ний з двигуном внут-рішнього згорання, тиском до 686 кПа [7 атмосфер] маш-год 3,01 16,1 – – – 2 212-1301 Ручна фреза маш-год 0,33 85,91 – – – 3 212-1601 Пливомийна машина, ємністю 6000 л маш-год 1,46 28,82 – – – 4 212-0102 Авто гудронатор, ємністю 7000 л маш-год 0,0145 30,88 – – – ІІІ. Будівельні матеріали, вироби та конструкції 1 – Геотекстильна сітка м2 50 23,01 8,4 10,34 4,27 2 – Вода м3 3,31 11,57 – 10,39 1,18 3 1421-10634 Пісок рядовий м3 0,05 26,94 18 8,55 0,39 4 111-1556 Бітум БНД 90/130 т 0,025 1362,53 1312 14,53 36 5 111-1561 Бітум МГ і СГ, рідкий т 0,09 1314,53 1264 14,53 36 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Локальний кошторис(форма№4)
на виконання ремонтутріщин методом армування геотекстилем
Кошторисна вартість– 1,53 тис. грн
Кошторисна трудомісткість– 22,56 люд-год
Кошторисна заробітнаплата – 0,055 тис.грн..
Середній розрядробіт – 2,9 розряд
Таблиця№ п/п Шифр і номер позиції нормативу Найменування робіт і витрат, одиниця вимірювання Кількість Вартість одиниці, грн Загальна вартість, грн
Витрати праці робітників, люд-год не зайнятих обслуговуван-ням машин
Витрати праці машиніста
Всьо-го
Експл.
машин
в тому числі зар.
плата Всьо-го Заробітна плата
Експл.
машин
в тому числі зар.
плата на оди-ницю всього 1 212-1601
Очищення смуги покриття.
100 п.м 1 80,38
42,08
2,4 80,38
42,08
2,4 2 1212-1301
Розробка тріщини
100 п.м 1 28,35
28,35
5,3 28,35
28,35
5,3 3 205-0101 Очищення трі-щини і заливка бітумом. При-сипка. 100 п.м 1 168,12
48,46
5,08 168,12
48,46
5,08 4 212-0102 Підгрунтовка старого покриття. Розстилання геосинтетичної сітки. 100 п.м 1 1185,01
0,45
4,21 1185,01
0,45
4,21 Всього 1461,86 32,17
119,34
16,99
15,39
5,16
15,39
5,16
Разом прямі витрати– 1494,03 грн.
в тому числі:
вартість матеріалів,виробів та конструкцій – 1342,51 грн.
всього заробітнаплата – 49,16 грн.
Загально виробничівитрати – 35,94 грн.
трудомісткістьу загально виробничих витратах – 2,01 люд-год
заробітна платау загально виробничих витратах – 5,71 грн.
Всього по кошторису– 1529,97 грн
Кошторисна трудомісткість– 22,56 люд-год
Кошторисна заробітнаплата – 54,87 грн.
8.2 Розрахунокекономічної ефективності розглянутих технологій ремонту
Для визначеннянайбільш ефективного та економічного варіанту ремонту тріщин розрахуємо вартістьремонтних робіт за весь період експлуатації на 100 п.м тріщини по даним варіантам.Відомо, що після проведення ремонту традиційним методом наступного року на відремонтованійкарті відновиться близько 80% тріщин. Після проведення ремонту з використанням тріщиноперериваючихшарів на відремонтованій карті може відновитися близько 20% тріщин. Якщо ремонтніроботи проводити з використання геосинтетичного армування можливе відновлення тріщинлише близько 5% від їх відремонтованої кількості. Опираючись на ці данні можна розрахувативартість ремонту, по даним методам, на період експлуатації до капітального ремонту.Розрахунок вартості ремонтів проводимо на 15 років експлуатації. Також важливо враховувати,що при несвоєчасному проведенні ремонтних робіт традиційним методом приріст площіруйнувань становить близько 0,9, а при двох інших розглянутих методах цей прирістдорівнює нулю. Основні показники розглянутих технологій ремонту приведені нижчеу виляді діаграм.
/>
Рисунок 8.1 — Діаграма порівняння кошторисної вартості
/>
Рисунок 8.2 — Діаграма порівняння кошторисної вартості експлуатації машин та механізмів
/>
Рисунок 8.3 — Діаграма порівняння кошторисної трудоємкості
Таблиця 9.7 Розрахунковівартості проведення ремонтних робіт на 15 років експлуатації автомобільної дорогиРоки експлуа-тації Вартість проведення ремонтних робіт, грн на 100 п.м Традиційний метод Використання тріщиноперериваючих шарів Використання геосинтетичного армування 1 286 2566 1530 2 514,8 3079,2 1606,5 3 743,6 3592,4 1683 4 972,4 4105,6 1759,5 5 1201,2 4618,8 1836 6 1430 5132 1912,5 7 1658,8 5645,2 1989 8 1887,6 6158,4 2065,5 9 2116,4 6671,6 2142 10 2345,2 7184,8 2218,5 11 2574 7698 2295 12 2802,8 8211,2 2371,5 13 3031,6 8724,4 2448 14 3260,4 9237,6 2524,5 15 3489,2 9750,8 2601
Підводячи підсумоквикористання тієї чи іншої технології важливо зазначити, що скорочення тріщин тастроків їх ремонту веде до зменшення витрат на перевезення вантажів та пасажирівдорогами нашої держави, до збільшення строку експлуатації дорожньої конструкціїв цілому та попередженню утворення інших руйнувань які беруть свій початок з тріщин.
На даному прикладібачимо, що традиційний метод є мало ефективним при його невеликій вартості. Методвикористання тріщиноперериваючих шарів є більш ефективним, але має значно більшувартість. Метод використання геосинтетичного армування є найбільш дешевим та ефективнимта нескладним при виконанні ремонтних робіт, при його малій матеріалоємності.
Загальні висновки
По результатамвиконаних досліджень можна зробити висновки:
1. Сучасний соціально– економічний розвиток країни суттєво залежить від розвитку транспортної інфраструктури.На даний час при недостатньому фінансуванні дорожньої галузі, збільшенні кількостівеликовантажних автомобілів в транспортному потоці спостерігається передчасне руйнуваннядорожніх покриттів. Така ситуація вимагає більшої уваги до стану існуючих автошляхів.
2. З багатьохфакторів впливаючих на стан автомобільних доріг найбільший вплив на стан доріг таїх міцністні характеристики чинять природно – кліматичні фактори, а також динамічненавантаження від транспортних засобів. Результат комплексного, активного впливуцих факторів це виникнення деформацій та руйнувань дорожнього одягу, що призводитьдо зменшення міцності усієї конструкції.
3. Виконаний аналізчастості виникнення різних видів руйнувань дорожнього одягу, який складається впроцентному відношенні: тріщини – 48%, вибоїни – 33%. Пластичні деформації – 19%.Розподіл щодо різновидностей тріщин складається наступним чином: поперечні тріщини– 64%, повздовжні тріщини – 23%, сітка тріщин – 12%, косі тріщини – 1%.
4. Виконано аналізвпливу регіональних умов служби дорожніх одягів на прикладі магістральної автомобільноїдороги державного значення Київ – Харків – Довжанський. Виявлено основні причинивиникнення різноманітних видів тріщин в залежності від фактичної міцності і конструкціїдорожніх одягів. Основними причинами тріщиноутворення являються температурні перепади,втомленість дорожнього одягу, наявність в конструкції дорожнього одягу шарів ізметалургійних та доменних шлаків, бруківки, неякісний стик при влаштуванні асфальтобетоннихпокриттів, тощо.
5. Розглянутовплив тріщин на дорожню конструкцію залежно від повздовжнього ухилу дороги. Отриманідані зниження міцності під впливом крізних поперечних тріщин від зволоження основидорожньої конструкції та ґрунту земляного полотна:
— на ділянка дорогиДніпропетровськ – Миколаїв (64+800 км) з повздовжнім ухилом 8 ‰ – 37% втрати міцності;
— на ділянка дорогиКиїв – Харків – Довжанський (797+500 км) з повздовжнім ухилом 10 ‰ – 21% втратиміцності;
— ділянка дорогиЧугуїв – Мілове (132+300 км) з повздовжнім ухилом 60 ‰ – 19% втрати міцності;
— ділянка дорогиЧугуїв – Мілове (142+500 км) з повздовжнім ухилом 26 ‰ – 20% втрати міцності;
— ділянка дорогиБориспіль — Дніпропетровськ – Запоріжжя (379+600 км) з переломом повздовжнього профілюз 5 ‰ на 12‰ – 40% втрати міцності;
— ділянка дорогиКиїв – Харків – Довжанський (768+500 км) з переломом повздовжнього профілю з 12‰ на 7‰ – 27% втрати міцності.
6. Виконаний пошуковийексперимент з метою виявлення впливу глибини закладання геосинтетичного армуванняв шарі підсилення на міцність при розтязі на згин асфальтобетонного зразка з тріщиноюу нижньому шарі. В результаті даного експерименту було виявлено, що найбільшу міцністьпри руйнуванні показали зразки в яких сітка зі скловолокна розташовуваласть посерединішару підсилення, яка складає Rзгн=17,67 МПа в порівнянні з міцністю при розтязі назгин зразка без армування Rзгн=13,67 МПа.
7. Розглянутіосновні технології ремонту тріщин та методи боротьби з відображеним тріщиноутворенням.Розроблена структурна схема рекомендованих способів ремонту в залежності від видутріщин і причин їх виникнення.
8. Проведені порівняльніекономічні розрахунки різних способів ремонту тріщин: за традиційною технологією;з використанням тріщиноперериваючих шарів; з застосуванням геосинтетичного армування.Виявлено, що при армуванні шару підсилення досягається найкращий результат щодоекономічного ефекту та подовження терміну експлуатації покритттів відремонтованихданим способом.
Перелік посилань
1.А. К. Бируля, Эксплуатацияавтомобильных дорог. – М.: Транспорт, 1966. – 326 с.
2. Бабков В.Ф. Дорожные условияи безопасность движения. -М.: Транспорт, 1993.
3. В.В. Сильянов “Транспортно-эксплуатационныекачества автомобильных дорг”-М.: Транспорт, 1984.
4.Васильев А.П., Сиденко В.М.Эксплуатация автомобильных дорог и организация дорожного движения. – М.: Транспорт,1990. – 304 с.
5.Сиденко В.М., Михович С.И.Эксплуатация автомобильных дорог. – М.: Транспорт, 1976. – 288 с.
6.ДБН В.2.3 – 4 – 2000. Автомобильныедороги. – К.: Госстрой Украины, 2000.
7.В.А. Кретов, Е.Л. Крамер,А.В. Руденский “Отраженное трещинообразование а асфальтобетонных покрытиях”. Наукаитехника в дорожной отрасли. № 1, 1998. – с. 3-6.
8.А. К. Бируля, С. И. МиховичРаботоспособность дорожных одежд. — М.: Транспорт, 1968. – 172 с.
9.И. А. Золотарь Повышениенадежности автомобильных дорог. — М.: Транспорт, 1977. – 182 с.
10.ВСН 46-83. Инструкция попроектированию дорожных одежд нежесткого типа. — М.: Транспорт, 1987. — 128 с.
11.Ремонт и содержание автомобильныхдорог. Справочник инженера — дорожника. Под ред. А. П. Васильева. – М.: Транспорт,1989. – 287 с.
12. Технічні норми і правилапо ремонту та утриманню автомобільних доріг. – К.: Будівельник, 1999.
13.Технічні правила ремонтута утримання автомобільних доріг загального користування України. – К., 1997.
14.Салов А.И. Охрана трудана предприятиях автомобильного транспорта. – М.: Транспорт, 1985. – 351 с.
15. Методические указанияпо оформлению учебно-конструкторской документации в дипломных и курсовых проектах/Состав.П. Кожушко, С.Н., Краснов, Н.П.Лукин и др.- Харьков: ХАДИ,1986.- 38 с.
16.В.А. Кретов “Проблема повышениятрещиностойкости требует срочного решения”. Наука итехника в дорожной отрасли. №2, 1998. – с. 16-18.
17. Гончаренко Ф.П., ПрусенкоЄ.Д., Скорченко В.Ф. Експлуатаційне утримання та ремонт автомобільних доріг за складнихпогодних та екологічних умов. – К., 1999. – 264 с.
18.Васильев А.П. Проектированиедорог с учетом влияния климата на условия движения. – М.: Транспорт, 1986.
19.Смыковский А.И. “Усилениеасфальтобетонных дорожных покрытий армированием геосетками”. Автореферат диссертациина соискание ученой степени кандидата технических наук. – Минск.: Белдорнии, 2005.
20.В.А. Бец, Ю.А. Агалаков“Устройство асфальтобетонных покрытий с трещинопрерывающими слоями”. Наука итехникав дорожной отрасли. № 4, 2001. – с. 6-8.
21.Ю.Н. Касаткин “Прогнозированиетрещиностойкости асфальтобетонных покрытий”. Наука итехника в дорожной отрасли.№ 3, 2000. – с. 16-18.
22.ВБН Д 2. 2-218-045-2001.Відомчі ресурсні елементні кошторисні норми. Ремонт автомобільних доріг та мостів.– К., 2001.
23.В. К. Некрасов, Р. М. АлиевЭксплуатация автомобильных дорог. – М.: Высшая школа, 1983. – 288 с.
24.ВБН В.2.3-218-186-2004Дорожній одяг нежорсткого типу. – Київ.: Укравтодор, 2004.-159 с.
25.В.П. Носов “Принципы прогнозированияповреждений дорожных одежд”. Наука итехника в дорожной отрасли. № 2, 2001. – с.24-27.
26.П-Г.1-218-113-97 Технічніправила ремонту та утримання автомобільних доріг загального користування України.-К. Корпорація “ Укравтодор”, 1997.-151с.
27.Мансура А. “Совершенствованиетехнологии усиления нежестких дорожных одежд”. Автореферат диссертации. – Харьков.:ХНАДУ, 1993. – 20с.
28.Автошляховик України. №4,2002. – с. 40-42.
29.ВБН Д.1.1-218-1-2001 Правилавизначення вартості капітального, середнього та поточного ремонту автомобільнихдоріг загального користування. – К.: Укрдортехнология, 2001.- 10 с.
30.Кияшко И.В., Белик В.В.“Причины образования и негативного влияния трещин в асфальтобетонных покрытиях”.– Харьков.: ХНАДУ, 2001.