ЭФФЕКТИВНОСТЬ АРМИРОВАНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ

Длительная эксплуатация автомобильных дорог при современном уровне и темпе становления страны невозможно без внедрения нововведений. Отсутствие хороших и качественных дорог на территории Российской Федерации вошло в поговорку, вследствие этого передовые разработки охватывают область техники, материаловедения, технологии (строительства) и эксплуатации.

В настоящее время асфальтобетон является более известным материалом для покрытий автомобильных дорог и широко используется во всем мире с начала прошлого века. Но асфальтобетонные покрытия со временем исчерпывают собственные физические способности длительно сохранять высокую прочность, ровность и сплошность при больших нагрузках.

Анализ отечественной и зарубежной литературы свидетельствует, что армирование асфальтобетонных покрытий геосинтетическими материалами позволяет увеличить их сопротивление растягивающим напряжениям от силовых и температурных воздействий, уменьшить образование трещин, колееобразование и тем самым обеспечивает увеличение срока эксплуатации в 2-4 раза. Об этом свидетельствуют не только научные исследования, но так же и практика эксплуатации некоторых участков с армированными покрытиями. Впрочем, как показывает практика, далеко не всегда, получается, добиться достаточно положительных результатов при армировании покрытий геосинтетическими материалами. Это все, потому что в настоящее время нет общего мнения в вопросах конструирования и расчета армированных покрытий, далеко не все понятно в вопросах технологии строительства армированных покрытий и механизации работ.

Основными преимуществами геосинтетических материалов являются длительный срок эксплуатации, высокая механическая прочность, эластичность, низкая стоимость и простота монтажа. В сравнении с традиционными строительными технологиями, они, безусловно, более экономичны и эффективны, так как позволяют значительно сократить расход асфальтобетонной смеси для дорожного покрытия и менее затратны при транспортировке и монтаже. Благодаря геосинтетическим материалам, значительно повышается эксплуатационный потенциал существующих и строящихся дорог в условиях регионов с суровым климатом и сложной геологией.

Исходные данные:

Будет запроектирована дорожная одежда при следующих исходных данных:

• дорога располагается в III дорожно-климатической зоне;
• категория автомобильной дороги - IV;
• дорожная одежда облегченного типа;
• заданный срок службы дорожной одежды - Т_сл = 10 лет;
• заданная надежность К_н = 0,9;
• грунт рабочего слоя земляного полотна — супесь пылеватая;
• материал для основания — щебень фракционированный;

Расчет на прочность:

Предварительно назначаем конструкцию дорожной одежды и определяем значения расчетных параметров, которые представлены в таблице 1 и рисунок 1:

• для расчета по допускаемому упругому прогибу;
• для расчета по условию сдвигоустойчивости;
• для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

Таблица 1

Исходные данные для расчета на прочность

Рисунок 1. Конструкция дорожной одежды.

Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта:

1)

р = 0,6 МПа, D = 37 см

2)

3)

4)

Требуемый модуль упругости: Е_тр = 150МПа

Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу при заданной надежности 0,9–1,1.

Следовательно, выбранная конструкция не удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

Рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустойчивости в грунте.

Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: Е_н = 40 МПа, φ = 23,5° и с = 0,009 МПа. Модуль упругости верхнего слоя модели:

По отношениям  и

и при φ = 23,5° с помощью номограммы находим удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки: = 0,026 МПа.

Таким образом: Т = 0,026 ⋅ 0,6 = 0,015 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя:

Т_пр = 0,009 + 0,1 ⋅ 0,004 ⋅ 56 ⋅ tg 23,5° = 0,018

 что больше .

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу.

Проверяем конструкцию на морозоустойчивость.

Необходимые для расчета данные приведены в таблице 2.

Таблица 2

Исходные данные для расчета конструкции на морозоустойчивость

Глубина промерзания дорожной конструкции z_пр:

z_пр = z_{пр(cp) *}1,38 = 1,8*1,38 = 2,48 м

Для глубины промерзания 2,48 м величина морозного пучения для осредненных условий: l _пр(ср) = 8 см.

Величина пучения для данной конструкции:

l _пуч = l _пуч(ср)*К_угв*К_пл*К_гр*К_нагр*К_вл = 8*0,6*1,1*1,1*0,9*1,1 = 5,74 см.

Поскольку для данного типа дорожной одежды допустимая величина морозного пучения составляет 6 см, следовательно, морозозащитный слой не требуется.

Таким образом мы видим что, принятая конструкция дорожной одежды удовлетворяет всем условиям, необходимым для безопасной эксплуатации автомобильной дороги за исключением условия обеспечения по допустимому упругому прогибу.

Рассматриваемая конструкция дорожной одежды может быть усилена не только путем увеличения толщины конструктивных слоев, но и путем введения армирующей прослойки из геосинтетического материала.

Для увеличения допустимого упругого прогиба дорожной одежды введем дополнительный слой, к примеру, полипропиленовую георешетку Тенсар AR-G ламинированную тканым геотекстилем с размером ячейки 60x60 мм. Конструктивно армирующую прослойку располагаем на нижнем слое асфальтобетонного покрытия из крупнозернистой пористой асфальтобетонной смеси.

Для определения расчетного дополнительного срока службы дорожной одежды, с асфальтобетонными слоями, армированными полипропиленовой георешеткой Тенсар AR-G ламинированную тканым геотекстилем, используем формулу (1):

             (1)

Расчетный срок службы дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием, армированным полипропиленовой георешеткой Тенсар AR-G ламинированную тканым геотекстилем, составит 13 лет, что на 3 года, или на 15%, больше срока службы дорожной одежды, заданного при расчете.

Заключение

Армирование слоев асфальтобетона полипропиленовой георешеткой Тенсар AR-G ламинированную тканым геотекстилем позволяет продлить межремонтный срок покрытия дорожной одежды на 3 года, обеспечив трещиностойкость, и предотвратить образование колеи в верхнем слое покрытия. Получаемый в результате армирования асфальтобетонных покрытий эффект выражается в продлении сроков службы, повышении эксплуатационной надежности дорожных конструкций, снижении эксплуатационных затрат, улучшении транспортно-эксплуатационных показателей автомобильных дорог. Принятое проектное решение является инновационным и позволяет обеспечить требуемую надежность дорожной одежды для безопасной эксплуатации автомобильной дороги, а также уменьшить вероятность образования колеи, увеличить межремонтные сроки.

Список литературы:

1. ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд / Минтранс России. – М.: Информатор, 2001. – 145с.
2. ОДМ 218.5.001-2009. Методические рекомендации по применению геосеток и плоских георешеток для армирования асфальтовых слоев усовершенствованных видов покрытий при капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог. М., 2010. – 70с.
3. СП 34.13130.2012. Автомобильные дороги, актуализированная версия СНиП 2.05.02-85. – М., 2012. – 111с.