Как строят дороги: асфальтовый сэндвич против российской реальности
Несясь в автомобиле по асфальтированному шоссе, мы редко задумываемся о том, что дорога, хоть и сложена в основном из простых природных материалов, являет собой весьма непростое инженерное сооружение. На строительстве дорог сегодня бал правит хайтек — здесь работает техника, ориентирующаяся по GPS и понимающая CAD-модели. В чем же причина того, что большинство наших дорог по‑прежнему, как говорится, «оставляет желать»? Услышав словосочетание «дорожная одежда», непосвященные сразу подумают о каких-нибудь непритязательных и не слишком марких предметах гардероба. Между тем это профессиональный термин, обозначающий совокупность конструктивных слоев проезжей части. Термин точно отражает реальность — в ходе строительства шоссе и автомагистралей участок земли действительно «одевают», причем качество тех «одежд», что скрыты под асфальтобетонной гладью, имеет для качества всей дороги решающее значение. Победа над глиной Что и как будет уложено под асфальтом, решается в ходе геологических изысканий. На месте будущей дороги делаются скважины, шурфы, берутся пробы грунта для исследования его физико-механических свойств. Также определяется уровень грунтовых вод. Как известно, вода — главный враг дорожного покрытия, ибо, проходя через циклы оттаивания-замерзания, она способна мельчайшую трещинку превратить в огромную дыру. Если вода стоит под дорожным покрытием, то при воздействии на него колесами автомобилей эта водяная «линза» может вызвать пучение асфальта и в конце концов разрушить его. Отвести, выгнать, отдалить зловредную влагу — одна из главных задач дорожников, от успешного решения которой зависит качество и долговечность дороги. Хорошо, если в местности, где прокладывается шоссе, песчаный грунт. Тогда задача сильно упрощается, так как песок - прекрасный дренирующий материал. Но в Подмосковье, например, такой роскоши почти нет: под ногами тяжелые глины и суглинки. На такие почвы для дренажа приходится укладывать внушительной толщины подстилающий слой из песка. Однако и песок просто так на землю не высыпают: чаще всего требуются предварительные работы по стабилизации грунтов. Для этого используется машина под названием «рисайклер». Это слово наводит на мысль о повторном использовании чего-то, и действительно, рисайклеры применяются при реконструкции старых дорог, в тех случаях, когда новое покрытие делается на основе переработки старого. Однако при стабилизации грунтов рисайклер просто перемешивает в бункере взятую на месте почву с разного рода органическими и неорганическими добавками, такими как цемент, известь, золы-уносы, вспененные битумы и т. д. Уложив полученную смесь на место будущей дороги и уплотнив ее, строители получают хорошо подготовленное основание. Теперь можно класть подстилающий слой из песка. Песок используется средний и крупный — чем крупнее песок и чем меньше в нем глинистых частиц, тем быстрее и легче будет отводиться через него вода в кювет. Толщина подстилающего слоя варьируется в диапазоне 50−60 см. Песок разравнивается грейдерами и бульдозерами и уплотняется с помощью катков. Каменное ложе Теперь приходит время укладки основания, в качестве которого обычно выступает щебень. Тут тоже есть немало технологических тонкостей. Щебень различается как по гранулометрическим параметрам (размер и форма), так и по марке прочности. Марки 600 и 800 — это щебень из сравнительно мягких известковых доломитовых пород, а щебень марок 1000 и 1200 происходит из гранитов, добываемых в Карелии. Понятно, что известковый щебень и менее прочный, и выдерживает меньше циклов оттаивания-заморозки. Но все же он применяется при строительстве дорог низших категорий с невысокими нагрузками и низкой интенсивностью движения. В дорогах первой технической категории используется гранитный щебень марок 1000 и 1200. Насыпать на подстилающий слой «разнокалиберный» щебень — значит безнадежно испортить дорогу. В реальности к месту строительства щебень поставляется в виде фракций, внутри которых размеры отдельного камешка не могут выходить за пределы заданного диапазона, например 40−70 мм. Это самая крупная фракция, которая укладывается сразу на уплотненный дренажный слой. Далее насыпается более мелкая фракция (20−40 мм), затем еще более мелкая (5−20 мм). Смысл всего этого действа в том, что щебень нижнего слоя расклинивается более мелким, или, иначе говоря, мелкая фракция заполняет пустоты среди камешков фракции крупной. Так достигается прочность основания. При этом немалое значение имеет и форма щебня. Современное дробильно-сортировочное оборудование придает ему кубовидную форму; напротив, если щебень «лещадный», то есть вытянутый и тонкий (похож на леща), расклинить его практически невозможно. На дороге, в основание которой положен лещадный щебень, асфальтобетонное покрытие будет ломаться под колесами, как шоколад. Однако просто уложить щебень пофракционно (толщина основания равна примерно 24−28 см) и уплотнить его катками иногда бывает недостаточно. Для дорог первой технической категории, которые подвергаются наиболее интенсивным нагрузкам, в основание укладывается так называемый «тощий» цементобетон. Тощий он потому, что включает в себя меньшее количество связующих веществ по сравнению с бетонами, используемыми в строительстве и промышленности. По этой причине бетон для дорожной одежды менее прочный, но для основания этой прочности вполне достаточно. «Сложнее всего сделать качественное земляное полотно и качественную основу, — объясняет Сергей Куличков, генеральный директор подмосковной дорожностроительной компании «Дортрансстрой». — Тех, кто укладывает асфальт, можно назвать «белой костью» среди дорожников - им проще, они всегда идут по чистому ровному основанию. А тем, кто возводит земляное полотно и нижние слои дорожной одежды, приходится иметь дело с грунтовыми водами, с грунтами, далеко не каждый из которых пригоден для устройства основания или насыпи, с огромными массами песка и щебня. И именно качеству этих работ у нас в стране зачастую уделяется недостаточное внимание». В Европе щебня не жалеют Следующий этап строительства дороги — укладка асфальтобетонного покрытия, и оно также строится из нескольких слоев. Нижний слой — это, как правило, крупнозернистая пористая асфальтобетонная смесь. Выше идут слои из более плотных смесей. Вообще асфальтобетонные смеси различаются по типам и маркам. Марка обозначает состав смеси, наличие в ней щебня тех или иных марок прочности, минеральных порошков, битумов и прочих добавок. Тип определяется процентной долей щебня в составе смеси. «Надо признать, что в Европе уделяется больше внимания качеству материала в асфальтобетонной смеси, - говорит Сергей Куличков. — Например, вместо трех фракций щебня у нас на Западе применяется пять-шесть фракций. Также при строительстве европейских дорог там предпочитают использовать высокощебенистые смеси. Если в составе российского типа А находится до 45−50% щебня, и это максимум, то иностранные компании применяют асфальтобетонные смеси с содержанием щебня до 70%, что, конечно, придает их дорожному покрытию дополнительную прочность». В последнее время есть тенденция дополнительно покрывать асфальтобетон так называемыми слоями износа. Этот слой имеет толщину 1−1,5 см и не обладает прочностью и долговечностью асфальтобетона, однако выполняет функцию его защиты. По прошествии трех-четырех лет, после того как интенсивное движение и шипы зимних шин полностью истончат этот слой, его просто заменяют. Это гораздо проще, чем восстанавливать разрушенное асфальтовое покрытие с помощью фрезы и асфальтоукладчика. Одна из наиболее известных технологий создания cлоя износа называется «чипсил» (англ. - chip seal), ее также используют для косметического ремонта дорожного покрытия. Суть ее в том, что на асфальтобетонную поверхность выливают горячий битум, на который затем рассеивают мелкодисперсный щебень. С этой технологией сталкивались, наверно, все, кто водит автомобиль. Почему-то в нашей стране обычно открывают движение по обработанной «чипсилом» дороге еще до того, как битум затвердеет. Возможно, проезжающие автомобили вносят свой вклад в уплотнение слоя износа, но барабанящие по днищу мелкие камешки все же слегка нервируют. Миллиметры асфальта Несмотря на бытующее представление о дорожном строительстве как о низкотехнологичной и малоавтоматизированной сфере, его можно с полным правом назвать сегодня оазисом хайтека. Даже на этапе земляных работ роль человеческого фактора может быть сведена к задачам контроля за работой техники. Достаточно загрузить в компьютер землеройной машины CAD-модель местности, и электроника с помощью GPS сама привяжет эту модель к ландшафту, не позволяя экскаватору копать глубже, мельче, шире или уже, чем предусмотрено проектом. То же самое касается грейдеров, которые профилируют насыпь или слой щебня в соответствии с параметрами, заданными бортовой электроникой и навигацией. Схожие технические чудеса можно наблюдать и в другой дорожно-строительной технике. Еще со времен древних римлян дорожное покрытие имеет слегка выпуклый к центру профиль — ну конечно же для того, чтобы избежать образования луж. Нечто подобное есть и у современных дорог. Согласно нормативам, на прямых участках дороги этот уклон составляет 20, а на виражах — 30−40 промилле. В общем, речь идет о величинах, практически не заметных глазу и уж точно не высчитываемых «на глазок». Зато придерживаться заданных параметров вполне по силам автоматике, установленной на машинах. Вот пример. Капитальный ремонт дороги (в отличие от пресловутого «ямочного» ремонта) осуществляется с помощью так называемой фрезы — фрезеровочным барабаном машина срезает слой разрушенного асфальтобетонного покрытия. Затем асфальтоукладчик кладет на это место сформированный им и уже частично уплотненный слой асфальта. В недавние времена, когда управление фрезой осуществлялось преимущественно оператором, случались значительные отклонения от заданной глубины срезания (например, шесть сантиметров вместо трех). В итоге в этом месте укладывался дополнительный трехсантиметровый слой асфальтобетона, что влекло за собой перерасход материалов и увеличение стоимости работ. В наши дни ничего подобного не происходит. С помощью электроники и ультразвуковой системы нивелировки фреза срезает покрытие ровно на заданную глубину, причем с учетом профиля дороги. Асфальтоукладчик (также с соблюдением толщины и профиля) кладет на ремонтируемый участок новый слой асфальтобетона. Все хорошее — дорого Современные катки, выпускаемые такими известными компаниями, как BOMAG и HAMM, просто напичканы интеллектуальной электроникой. Например, машина подобного класса через каждые несколько сантиметров замеряет параметры уплотняемого материала и в режиме реального времени передает все эти данные на пульт оператора, где рисуется карта работ, привязанная к местности с помощью GPS. Такие системы, как Variocontrol или Asphalt Manager, дают возможность в автоматическом режиме варьировать процесс уплотнения, заставляя валец катка не просто прокатываться по поверхности, но и на некоторых участках совершать дополнительные колебательные движения вдоль собственной или вертикальной оси (валец как будто «поколачивает» или «поглаживает» лежащий под ним щебень, песок или асфальтобетон). Так достигается наилучшая компоновка уплотняемого материала. В завершение беседы с Сергеем Куличковым нам захотелось узнать мнение профессионального дорожника о том, обречена ли Россия на плохие дороги и не мешает ли нам обзавестись качественными магистралями наш суровый и переменчивый климат. «Никаких естественных причин, препятствующих тому, чтобы у России были качественные долговечные дороги, нет, — считает Сергей. — В настоящее время существуют техника и технологии, с помощью которых этого легко добиться. Вопрос прежде всего в контроле качества исходных материалов и исполнения работ. Причем повысить планку в отношении параметров качества необходимо на государственном уровне. Хорошие дороги - это вопрос желания и должной организации. Тогда деньги, которые сейчас вкладываются, — а сейчас в нашей сфере распространено частно-государственное партнерство - однажды себя оправдают». источник: https://www.popmech.ru/technologies/12017-umnyy-katok ..
Убитые дороги России
Как строят дороги: асфальтовый сэндвич против российской реальности
Несясь в автомобиле по асфальтированному шоссе, мы редко задумываемся о том, что дорога, хоть и сложена в основном из простых природных материалов, являет собой весьма непростое инженерное сооружение. На строительстве дорог сегодня бал правит хайтек — здесь работает техника, ориентирующаяся по GPS и понимающая CAD-модели. В чем же причина того, что большинство наших дорог по‑прежнему, как говорится, «оставляет желать»?
Услышав словосочетание «дорожная одежда», непосвященные сразу подумают о каких-нибудь непритязательных и не слишком марких предметах гардероба. Между тем это профессиональный термин, обозначающий совокупность конструктивных слоев проезжей части. Термин точно отражает реальность — в ходе строительства шоссе и автомагистралей участок земли действительно «одевают», причем качество тех «одежд», что скрыты под асфальтобетонной гладью, имеет для качества всей дороги решающее значение.
Победа над глиной
Что и как будет уложено под асфальтом, решается в ходе геологических изысканий. На месте будущей дороги делаются скважины, шурфы, берутся пробы грунта для исследования его физико-механических свойств. Также определяется уровень грунтовых вод. Как известно, вода — главный враг дорожного покрытия, ибо, проходя через циклы оттаивания-замерзания, она способна мельчайшую трещинку превратить в огромную дыру. Если вода стоит под дорожным покрытием, то при воздействии на него колесами автомобилей эта водяная «линза» может вызвать пучение асфальта и в конце концов разрушить его. Отвести, выгнать, отдалить зловредную влагу — одна из главных задач дорожников, от успешного решения которой зависит качество и долговечность дороги. Хорошо, если в местности, где прокладывается шоссе, песчаный грунт. Тогда задача сильно упрощается, так как песок - прекрасный дренирующий материал. Но в Подмосковье, например, такой роскоши почти нет: под ногами тяжелые глины и суглинки. На такие почвы для дренажа приходится укладывать внушительной толщины подстилающий слой из песка.
Однако и песок просто так на землю не высыпают: чаще всего требуются предварительные работы по стабилизации грунтов. Для этого используется машина под названием «рисайклер». Это слово наводит на мысль о повторном использовании чего-то, и действительно, рисайклеры применяются при реконструкции старых дорог, в тех случаях, когда новое покрытие делается на основе переработки старого. Однако при стабилизации грунтов рисайклер просто перемешивает в бункере взятую на месте почву с разного рода органическими и неорганическими добавками, такими как цемент, известь, золы-уносы, вспененные битумы и т. д. Уложив полученную смесь на место будущей дороги и уплотнив ее, строители получают хорошо подготовленное основание. Теперь можно класть подстилающий слой из песка. Песок используется средний и крупный — чем крупнее песок и чем меньше в нем глинистых частиц, тем быстрее и легче будет отводиться через него вода в кювет. Толщина подстилающего слоя варьируется в диапазоне 50−60 см. Песок разравнивается грейдерами и бульдозерами и уплотняется с помощью катков.
Каменное ложе
Теперь приходит время укладки основания, в качестве которого обычно выступает щебень. Тут тоже есть немало технологических тонкостей. Щебень различается как по гранулометрическим параметрам (размер и форма), так и по марке прочности. Марки 600 и 800 — это щебень из сравнительно мягких известковых доломитовых пород, а щебень марок 1000 и 1200 происходит из гранитов, добываемых в Карелии. Понятно, что известковый щебень и менее прочный, и выдерживает меньше циклов оттаивания-заморозки. Но все же он применяется при строительстве дорог низших категорий с невысокими нагрузками и низкой интенсивностью движения. В дорогах первой технической категории используется гранитный щебень марок 1000 и 1200. Насыпать на подстилающий слой «разнокалиберный» щебень — значит безнадежно испортить дорогу.
В реальности к месту строительства щебень поставляется в виде фракций, внутри которых размеры отдельного камешка не могут выходить за пределы заданного диапазона, например 40−70 мм. Это самая крупная фракция, которая укладывается сразу на уплотненный дренажный слой. Далее насыпается более мелкая фракция (20−40 мм), затем еще более мелкая (5−20 мм). Смысл всего этого действа в том, что щебень нижнего слоя расклинивается более мелким, или, иначе говоря, мелкая фракция заполняет пустоты среди камешков фракции крупной. Так достигается прочность основания. При этом немалое значение имеет и форма щебня. Современное дробильно-сортировочное оборудование придает ему кубовидную форму; напротив, если щебень «лещадный», то есть вытянутый и тонкий (похож на леща), расклинить его практически невозможно. На дороге, в основание которой положен лещадный щебень, асфальтобетонное покрытие будет ломаться под колесами, как шоколад.
Однако просто уложить щебень пофракционно (толщина основания равна примерно 24−28 см) и уплотнить его катками иногда бывает недостаточно. Для дорог первой технической категории, которые подвергаются наиболее интенсивным нагрузкам, в основание укладывается так называемый «тощий» цементобетон. Тощий он потому, что включает в себя меньшее количество связующих веществ по сравнению с бетонами, используемыми в строительстве и промышленности. По этой причине бетон для дорожной одежды менее прочный, но для основания этой прочности вполне достаточно.
«Сложнее всего сделать качественное земляное полотно и качественную основу, — объясняет Сергей Куличков, генеральный директор подмосковной дорожностроительной компании «Дортрансстрой». — Тех, кто укладывает асфальт, можно назвать «белой костью» среди дорожников - им проще, они всегда идут по чистому ровному основанию. А тем, кто возводит земляное полотно и нижние слои дорожной одежды, приходится иметь дело с грунтовыми водами, с грунтами, далеко не каждый из которых пригоден для устройства основания или насыпи, с огромными массами песка и щебня. И именно качеству этих работ у нас в стране зачастую уделяется недостаточное внимание».
В Европе щебня не жалеют
Следующий этап строительства дороги — укладка асфальтобетонного покрытия, и оно также строится из нескольких слоев. Нижний слой — это, как правило, крупнозернистая пористая асфальтобетонная смесь. Выше идут слои из более плотных смесей. Вообще асфальтобетонные смеси различаются по типам и маркам. Марка обозначает состав смеси, наличие в ней щебня тех или иных марок прочности, минеральных порошков, битумов и прочих добавок. Тип определяется процентной долей щебня в составе смеси.
«Надо признать, что в Европе уделяется больше внимания качеству материала в асфальтобетонной смеси, - говорит Сергей Куличков. — Например, вместо трех фракций щебня у нас на Западе применяется пять-шесть фракций. Также при строительстве европейских дорог там предпочитают использовать высокощебенистые смеси. Если в составе российского типа А находится до 45−50% щебня, и это максимум, то иностранные компании применяют асфальтобетонные смеси с содержанием щебня до 70%, что, конечно, придает их дорожному покрытию дополнительную прочность».
В последнее время есть тенденция дополнительно покрывать асфальтобетон так называемыми слоями износа. Этот слой имеет толщину 1−1,5 см и не обладает прочностью и долговечностью асфальтобетона, однако выполняет функцию его защиты. По прошествии трех-четырех лет, после того как интенсивное движение и шипы зимних шин полностью истончат этот слой, его просто заменяют. Это гораздо проще, чем восстанавливать разрушенное асфальтовое покрытие с помощью фрезы и асфальтоукладчика. Одна из наиболее известных технологий создания cлоя износа называется «чипсил» (англ. - chip seal), ее также используют для косметического ремонта дорожного покрытия. Суть ее в том, что на асфальтобетонную поверхность выливают горячий битум, на который затем рассеивают мелкодисперсный щебень. С этой технологией сталкивались, наверно, все, кто водит автомобиль. Почему-то в нашей стране обычно открывают движение по обработанной «чипсилом» дороге еще до того, как битум затвердеет. Возможно, проезжающие автомобили вносят свой вклад в уплотнение слоя износа, но барабанящие по днищу мелкие камешки все же слегка нервируют.
Миллиметры асфальта
Несмотря на бытующее представление о дорожном строительстве как о низкотехнологичной и малоавтоматизированной сфере, его можно с полным правом назвать сегодня оазисом хайтека. Даже на этапе земляных работ роль человеческого фактора может быть сведена к задачам контроля за работой техники. Достаточно загрузить в компьютер землеройной машины CAD-модель местности, и электроника с помощью GPS сама привяжет эту модель к ландшафту, не позволяя экскаватору копать глубже, мельче, шире или уже, чем предусмотрено проектом. То же самое касается грейдеров, которые профилируют насыпь или слой щебня в соответствии с параметрами, заданными бортовой электроникой и навигацией.
Схожие технические чудеса можно наблюдать и в другой дорожно-строительной технике. Еще со времен древних римлян дорожное покрытие имеет слегка выпуклый к центру профиль — ну конечно же для того, чтобы избежать образования луж. Нечто подобное есть и у современных дорог. Согласно нормативам, на прямых участках дороги этот уклон составляет 20, а на виражах — 30−40 промилле. В общем, речь идет о величинах, практически не заметных глазу и уж точно не высчитываемых «на глазок». Зато придерживаться заданных параметров вполне по силам автоматике, установленной на машинах. Вот пример. Капитальный ремонт дороги (в отличие от пресловутого «ямочного» ремонта) осуществляется с помощью так называемой фрезы — фрезеровочным барабаном машина срезает слой разрушенного асфальтобетонного покрытия. Затем асфальтоукладчик кладет на это место сформированный им и уже частично уплотненный слой асфальта. В недавние времена, когда управление фрезой осуществлялось преимущественно оператором, случались значительные отклонения от заданной глубины срезания (например, шесть сантиметров вместо трех). В итоге в этом месте укладывался дополнительный трехсантиметровый слой асфальтобетона, что влекло за собой перерасход материалов и увеличение стоимости работ. В наши дни ничего подобного не происходит. С помощью электроники и ультразвуковой системы нивелировки фреза срезает покрытие ровно на заданную глубину, причем с учетом профиля дороги. Асфальтоукладчик (также с соблюдением толщины и профиля) кладет на ремонтируемый участок новый слой асфальтобетона.
Все хорошее — дорого
Современные катки, выпускаемые такими известными компаниями, как BOMAG и HAMM, просто напичканы интеллектуальной электроникой. Например, машина подобного класса через каждые несколько сантиметров замеряет параметры уплотняемого материала и в режиме реального времени передает все эти данные на пульт оператора, где рисуется карта работ, привязанная к местности с помощью GPS. Такие системы, как Variocontrol или Asphalt Manager, дают возможность в автоматическом режиме варьировать процесс уплотнения, заставляя валец катка не просто прокатываться по поверхности, но и на некоторых участках совершать дополнительные колебательные движения вдоль собственной или вертикальной оси (валец как будто «поколачивает» или «поглаживает» лежащий под ним щебень, песок или асфальтобетон). Так достигается наилучшая компоновка уплотняемого материала.
В завершение беседы с Сергеем Куличковым нам захотелось узнать мнение профессионального дорожника о том, обречена ли Россия на плохие дороги и не мешает ли нам обзавестись качественными магистралями наш суровый и переменчивый климат.
«Никаких естественных причин, препятствующих тому, чтобы у России были качественные долговечные дороги, нет, — считает Сергей. — В настоящее время существуют техника и технологии, с помощью которых этого легко добиться. Вопрос прежде всего в контроле качества исходных материалов и исполнения работ. Причем повысить планку в отношении параметров качества необходимо на государственном уровне. Хорошие дороги - это вопрос желания и должной организации. Тогда деньги, которые сейчас вкладываются, — а сейчас в нашей сфере распространено частно-государственное партнерство - однажды себя оправдают».
источник: https://www.popmech.ru/technologies/12017-umnyy-katok ..