Дорожное строительство
Тема дорог в России актуальна во все времена. Как должны строится дороги, в чем причины неудовлетворительного покрытия, какие технологии перспективны разберем в статье.
Дороги общего пользования классифицируют по материалу покрытия:
- Цементобетонные. Основой вяжущего материала в наружном покрытии выступает бетон. Преимущество цементобетонных дорого длительный срок эксплуатации. При соблюдении всех норм строительства и использования ремонт цементобетонному полотну потребуется не ранее 20 лет. Дороги с использованием бетона прокладывают двумя способами:
- Заливным. Готовую бетонную смесь заливают в заготовку дорожного полотна. Бетон набирает прочность и формирует монолит покрытия. У этого метода есть существенные недостатки. Работы можно вести только при положительных температурах выше 50С. При температуре воздуха ниже 5 градусов скорость схватывания бетона резко снижается или прекращается вовсе.
- Укладкой железобетонных плит. Предварительно напряженные изделия в форме плит укладываются по всей длине строящегося участка. Недостаток дорог из железобетона в том, что если не выдержать нормы по обустройству основания, плиты со временем начнут расходится; отдельные элементы будут утапливаться, и возникнут перепады высот на стыках плит. Усугубляет нарушение целостности дорожного полотна большегрузная техника. Справедливости ради стоит отметить, что современные технологии строительства дорог с использованием преднапряженного бетона позволяют создать прекрасные, долговечные и недорогие трассы. Цена километра дороги из ж/б плит до 50% ниже, чем из асфальтобетона.
- Асфальтобетонные. В основе вяжущего материала внешнего слоя выступает асфальтобетон- искусственный строительный материал. Представляет собой смесь из битума и минеральных заполнителей: песка, щебня, гравия. Для улучшения качественных показателей в асфальтную смесь могут добавляться дополнительные ингредиенты: полимеры, резиновая крошка.
Технология строительства дороги
Если рассматривать соотношение бетонных и асфальтированных дорого, то Россия на 98% покрыта асфальтобетонным полотном, бетонное покрытие составляет 2%. Поэтому далее речь пойдет о строительстве асфальтобетонных дорог. Стоит признать, что мировая практика доказала наилучшую эффективность бетонного покрытия. Возведение дорожного полотна высокотехнологичный и ответственный процесс, который состоит из нескольких этапов:
- Инженерные изыскания. Прежде чем приступить к работам по строительству транспортной артерии, необходимо провести инженерные изыскания:
-Топографические. Будущая трасса прокладывается на картах. Размечается местность.
- Геодезические. Выверяются координаты. Снимается профиль рельефа.
- Геологические. Обязательно проводят анализ грунта и исследуют насколько глубоко залегают водоносные пласты.
- Экологические. Проводят исследования экологических факторов, и взаимодействие объекта с окружающей средой. Вырабатываются меры по минимизации воздействия и нанесения вреда природе.
- Подготовительные работы. На размеченном участке расчищают территорию от деревьев и кустарников. Снимают верхний слой почвы. Подготавливают технологические подъезды. Переносят коммуникации. Подвозят сырье технику для строительства. Корректируют ландшафт: где необходимо возводят насыпи, а где того требует архитектурный план срезают холмы. До строительных работ продумывают систему водоотведения со строительной площадки. Особенно это важно, когда стройка планируется на глинистых грунтах.
Конструкция современной дороги представляет собой технологичное многослойное сооружение. В общих чертах выглядит так:
- Геотекстиль
- Песчаная подушка
- Георешетка
- Щебень
- Асфальт
- Подготовка основания. После того как снят плодородный слой почвы, грунт тщательно утрамбовывают. На подготовленную почву укладывают геотекстиль.
Геотекстиль - специализированный строительный материал, который предназначен для армирования дорожного полотна, отведению влаги; препятствует перемешиванию природного грунта и песчаной подушки, тем самым не допускается проседание дорожного полотна. Использование геотекстиля обеспечивает ряд преимуществ:
- Геотекстиль, в виде нетканых синтетических материалов, имеет продолжительный срок службы, равный 25 лет и более. Другие армирующие материалы, например, металлосетки не способны обеспечить такого срока. Применение геотекстиля продлевает срок службы автодороги и отодвтгает время проведения капитального ремонта.
- Геосинтетика, при условии соблюдения технологии укладки, не позволяет просыпаться в почву, смешиваться с грунтом насыпным материалам, что приводит к экономии и снижении стоимости сметы.
- Дорожные нетканые материалы универсальны в применении. Работают вне зависимости геологической структуры грунтов и температурных режимов эксплуатации, не подвержены коррозии и стойки к воздействию агрессивных химических сред. Отлично обеспечивают гидроизоляцию и водоотведение избыточной влаги.
- Не оказывают вредного влияния на окружающую среду.
Геотекстиль раскатывается вручную в заблаговременно установленную опалубку. Швы материала необходимо сваривать для формирования целостного покрытия участка.
Песчаная подушка необходима для дренирования влаги и для равномерной передачи нагрузок на грунт. На значительной части нашей страны грунты слабо приспособлены для строительства дорог. И благодаря климату подвержены морозному пучению. Это явление вознивает во влагонасыщенных почвах. Замерзая, грунт увеличивается в объеме и вздыбливает поверхность почвы. Это может отрицательно сказаться на целостности дорожного полотна. Предотвращает эффект морозного пучения наличие песчаной подушки и системы дренажа.
Песок утрамбовывают пневмовибраторами и гидрокатками массой 5-6 тонн. Для лучшего уплотнения песок поливают водой.
На подготовленный слой песка укладывают георешетку. Это относительно новое технологическое решение в строительстве дорог, но весьма эффективное. Георшетка представляет собой полимерную конструкцию ячеистого типа. Выпускается в плоском и объемном виде. Высота ребра в объемных решетках колеблется от 50 до 200 мм. Полимерная решетка в дорожной конструкции выполняет следующие функции:
- Предотвращает проседание щебня в песчаную подушку.
- Дополнительно армирует конструкцию. Щебень, набиваясь в ячейки формирует жесткую, объемную структуру, способную выдерживать динамические нагрузки.
В зависимости от технологии используют под дорожное покрытие применяют основания:
- Щебеночные. От качества материала основания зависит долговечность дороги. Поэтому для щебеночных оснований выбирают материал, который обладает достаточной твердостью на сжатие и будет, не разрушаясь, воспринимать запланированные нагрузки автотранспорта. Щебеночное основание допускается укладывать в любую погоду. Не требует особых условий хранения. Поэтому работы по обустройству щебеночного основания можно вести в любое время года. Щебень в рамках границ будущей дороги уплотняют тяжелыми катками. При этом происходит саморасклинивание элементов основания. Чем плотнее будет утрамбован слой, тем жестче и надежнее будет инженерно-строительная конструкция. Допускается насыпать основание двойным слоем. Нижний слой из крупнофракционного щебня, верхний слой из более мелкого. При укатке происходит заполнение свободного пространства, увеличивается плотность основания.
- Песчано-щебеночные. Универсальные смеси, которые пригодны для строительства любых типов дорог. За счет присутствия песка обеспечивается плотная укладка, не остается свободного пространства для скапливания жидкости и образования воздушных карманов. Эти дефекты приводят к образованию трещин в ходе эксплуатации и способствуют разрушению полотна.
- С использованием вяжущего материала. Такие основания называют еще черным щебнем, так как это представляет собой смесь щебня и битумных материалов. Укладывается горячим и холодным способом. Присутствие битумных эмульсий обеспечивает водоотталкивающий эффект и монолитность структуры. Такие основания отлично работают в зонах с резкими перепадами температур. Во всех случаях основания уплотняются согласно правилам, прописанным в строительных нормах.
Укладка покрытия
После укладки щебневого основания требуется проливка битумной мастикой. Это обеспечит надежное сцепление наружного слоя с основой. Асфальтобетонные смеси поставляются к участку проведения работ самосвалами с АБЗ- асфальтобетонных заводов. Чтобы сэкономить на эксплуатации транспорта и сократить время доставки, применяются мобильные АБЗ, которые способны производить требуемое количество материала в непосредственной близости от объекта.
Технология выработки асфальта проста: необходимо разогреть битум и смешать в нужных пропорциях ингредиенты смеси. В состав смеси входит песок, гравий, мелкозернистый или среднезернистый щебень, битум.
Привезенную смесь разравнивают вручную или при помощи асфальтоукладчиков. Одной тонны асфальтобетона достаточно, чтобы покрыть 10 м2 поверхности толщиною в 4 сантиметра.
Качество дорожного покрытия зависит от уплотнения асфальтобетонной смеси. И тут важно, чтобы температура состава была не ниже определенной технологией. Если смесь остыла ниже, чем на 50-600С от требуемой, то уплотнить состав до нужных величин сложно или невозможно вовсе. Нижний предел рабочей температуры смеси составляет 105-1200С. Уплотнение является конечной операцией по укладке верхнего слоя дороги. Трамбуется и уплотняется асфальт методом укатки и вибрации. После операции уплотнения меняются свойства асфальтобетона:
- Повышается плотность материала. Соответственно возрастает жесткость и сопротивляемость истиранию.
- Минимизируюется количество пор, где может скапливаться влага. Покрытие приобретает морозостойкость и влагоотталкивающие свойства.
- Укрепляются физические и физико-химические связи между частицами, что делает покрытие долговечным.
- Плотный асфальт меньше подвержен продавливанию в ходе эксплуатации.
В случае недостаточного уплотнения полотна слой асфальта остается рыхлым, что приводит к скорому разрушению дорожного покрытия.
Толщина асфальтового покрытия зависит от назначения автодороги. Малонагруженным дорогам с неинтенсивным транспортным потоком: придомовые, дороги в коттеджных поселках, - достаточно слоя в 4 сантиметра.
Междугородние автомагистрали, по которым интенсивно движется грузовой транспорт требуют трехслойного покрытия с армированием слоев металлической сеткой.
Завершающим этапом строительства автодороги служит нанесение разметки, установка ограждений, обустройство ливневок. От качества перечисленных работ зависит безопасность движения. К сожалению, в России не придают должного внимания качеству разметки или полноценной работе систем водоотведения даже на федеральных трассах. Как результат повышенная аварийность в сырую погоду и в темное время суток.
Контроль качества дорожного полотна
После завершения укладки верхнего слоя требуется время для окончательного набора прочности асфальтобетоном. Через1- 3 дня дорожное покрытие подвергается оценке соответствия нормативным параметрам. Для этого с площади 7000 м2 отбирают не менее 3 образцов не ближе 1 метра от края проезжей части. Образцы, полученные методом кернения или вырубки, доставляют в лабораторию. В лабораторных условиях устанавливается коэффициент уплотнения. При горячем методе укладки коэффициент должен составлять не менее 0,99.
Помимо уплотнения покрытия автомобильную дорогу как инженерное сооружение должны контролировать по:
- коэффициенту сцепления автомобильной шины с покрытием
- ровности полотна
- шероховатости покрытия
- соответствию разметки действующим ГОСТам
- видимости в плане
- организации остановок общественного транспорта и пешеходных переходов
- освещенности опасных участков
- наличию и корректному выставлению дорожных знаков
Дефекты автомобильных дорог
Несмотря на существующую отличную нормативную базу, успешный зарубежный опыт дорожного строительства, Российская федерация медленно и неохотно перенимает успешные технологии. Причина тому закостенелость отрасли, недостаточное финансирование, сомнительные схемы и слабый контроль, низкая ответственность.
Типичные дефекты дорожного полотна:
- Образование колеи. Возникает, когда недостаточно уплотнено основание или использован тонкий слой асфальтобетонного покрытия.
- Просадка полотна. Возможна, когда неверно обустроена система водоотведения. Атмосферной или грунтовой водой постепенно размывается основа. Такой дефект случается, когда гранитный щебень заменяют на известковый. Во-первых, известковый уступает граниту по твердости и прочности на сжатие. Во-вторых, породы, содержащие известняк, подвержены химическому разрушению водой, которая всегда имеет слабокислотную рН- среду за счет содержания угольной кислоты- Н2СО3.
- Образование многочисленных трещин. Применен рыхлый асфальт.
- Вспучивание поверхности. Необустроен должным образом дренаж. Дорожная конструкция подвержена морозному пучению.
- Отслаивание слоев асфальтового покрытия. Нарушена технология укладки асфальтобетонных слоев.
Стоит отметить, что причины каждого дефекта на действующей автомобильной трассе необходимо оценивать глубоко и всесторонне. Возможно, возникновение брака из-за ошибки в геодезии, проекте, некачественном материале, нарушении технологии строительства или совокупности факторов.
Перспективные технологии
Подход к дорожному строительству в России и странах Европы и Северной Америки серьезно отличается. Поэтому некоторые приемы, которые типичны для зарубежья, для нас - будущее.
Перспективным для нашей индустрии дорожного строительства является переход от асфальтобетонной технологии к комбинированной. Это значит, что асфальт укладывается не на щебеночное основание, а на предварительно напряженные железобетонные плиты. Доля таких дорог зарубежом велика. Срок службы в несколько раз выше, чем асфальта.
В Японии строятся дороги с подогревом верхнего слоя. Таким образом японцы решают вопрос обледенения. В качестве теплоносителя выступает горячая вода. Альтернативой выступают дороги с подогревом от солнечных батарей. Генерируемого электрического тока достаточно, чтобы в металлической сетке, заложенной в верхний слой, образовывалось тепло, препятствующее обледенению.
В Нидерландах применяют для разметки светящуюся краску. При температуре воздуха 00С и ниже на разметке появляются снежинки, предупреждающие водителя о возможном гололеде.
Внедрение цифрового моделирования в проектирование и строительство позволит повысить качество дорог, контроль за проведением работ по строительству и ремонту, снизит затраты на объект в целом, повысит безопасность эксплуатации дорожной сети.
Безусловно, описанные нововведения увеличивают стоимость возведения участка дороги. Но в данном направлении нельзя мыслить узко. Если учесть расходы на поддержание работоспособности дороги за 40-50 лет, то выяснится, что освоение новых подходов рационально и экономически выгодно государству:
- Экономия бюджета.
-Увеличится пропускная способность автодорог.
- Сократится время доставки грузов, а это влияет на стоимость товаров.
- Высвободятся ресурсы для строительства и обновления новых дорожных нитей.
- Поднимется инвестиционная привлекательность автомобильных перевозок.
- И главный момент, возрастет безопасность эксплуатации дорог.
Все это возможно только при изъявлении политической воли, принятия законодательных инициатив, направленных на пересмотр подхода к дорожному строительству, государственной поддержке новаторских научных разработок.
Добавки в бетон: универсально и дешево
Наиболее популярными у строителей остаются дешевые универсальные добавки в бетон. Спрос на новые специализированные добавки тормозит их высокая стоимость.
Добавки в бетон достаточно разнообразны по своим характеристикам и применению. В настоящее время наиболее востребованными из них остаются пластификаторы. Они тоже имеют несколько разновидностей, но предпочтение чаще всего строители отдают более универсальным, но и дешевым.
По словам руководителя направления «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Катарины Путковой, в розничном сегменте чаще всего встречаются простые пластификаторы на основе лигносульфонатов (ЛСТ) или миксы с PNS (полиметилен-нафталинсульфонаты). В производстве товарного бетона на бетоносмесительных установках (БСУ) или в производстве ЖБИ все чаще технологи отдают предпочтение миксам таких пластифицирующих основ, как ЛСТ и PCE (поликарбоксилаты), миксам из различных PCE-эфиров. Специальные задачи решают с помощью эффективных замедлителей и воздухововлекающих добавок на основе ПАВ (синтетических или органических).
Генеральный директор «КБК Проект» Василий Костин отмечает, что пластификаторы, замедлители и т. д. высоко ценятся крупными строителями, поскольку позволяют экономить и рабочее время, и материалы. «Сейчас растет интерес к комплексным добавкам, так как они избавляют от необходимости подбирать элементы и, кроме того, изучать их на предмет взаимной совместимости. Сейчас на рынке появляется все больше комплексных добавок на базе суперпластификаторов, а также сложных добавок из множества компонентов», – добавляет он.
По мнению руководителя научно-технического центра ООО «Полипласт Северо-Запад» Игоря Коваля, сегмент специализированных добавок будет развиваться. «Сейчас их основная проблема в том, что они дорогие, поэтому их мало кто использует. Однако они эффективно решают локальные задачи, с которыми универсальные добавки не справляются. Например, раньше были популярны многофункциональные машины, выполняющие функции принтера, сканера. В итоге люди получали плохой принтер и плохой сканер. Стало ясно, что лучше приобретать отдельные самостоятельные устройства. С добавками в бетон – аналогичная история», – подчеркнул он.
Руководитель направления «Добавки в бетон» по СЗФО строительного подразделения Master Builders Solutions концерна BASF Дмитрий Рыжов считает, что в настоящее время бетонный рынок все больше стремится сэкономить на применяемых добавках в ущерб качеству. «Поэтому востребованы любые дешевые решения, даже если они приводят к большему расходу цемента. К сожалению, эту тенденцию формируют строительные компании, которые диктуют моду на дешевый бетон. Этому способствует и ситуация на рынке в крупных городах. Тем не менее, остаются еще компании, которые ищут решения через инновационные разработки. Если мы говорим о заводах товарного бетона, то в этом случае большую роль играет цена, а на втором месте стоит универсальность применяемых материалов. Если же мы говорим о массовом сегменте, то здесь в первую очередь значима именно универсальность», – резюмирует эксперт.
Мнение
Катарина Путкова, руководитель направления «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– Рынок, безусловно, тяготеет к более универсальным продуктам, но разработка добавок под специальные задачи будет всегда актуальна для производителей строительной химии. В пик строительного сезона производители бетона должны держать руку на пульсе из-за нестабильности цемента, инертных материалов (песка и щебня), несоблюдения на строительных объектах элементарных строительных норм, регламентируемых СНиП и ГОСТ. Основное требование к производителям добавок (помимо цены и условий поставок) – стабильность качества и универсальность пластификаторов к изменениям инертных материалов и активности цемента.
BIM с нуля. Итоги конференции «BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры»
По мнению экспертов, активное изучение BIM-технологий в профильных вузах существенно ускорит внедрение информационного моделирования в практическую деятельность проектных и строительных компаний.
На площадке СПбГАСУ прошла II Международная научно-практическая конференция «BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры». Она собрала более 200 участников, в том числе представителей свыше 30 вузов и около сотни специалистов российских и зарубежных компаний.
На конференции обсудили вопросы внедрения BIM-технологий в образовательный процесс и практическую деятельность проектных и строительных компаний.
По словам заведующего кафедрой информационных технологий СПбГАСУ Алексея Семёнова, внедрение BIM в учебный и научный процесс началось в вузе несколько лет назад. Мотиватором послужило поручение Президента России о внедрении к 2019–2020 годам в строительную отрасль технологий информационного моделирования. «В частности, говорилось о необходимости обеспечения подготовки кадров в данном направлении. Понятно, что внедрение изучения BIM-технологий – небыстрый процесс. Надо задействовать новые образовательные форматы. Тем не менее, интерес к изучению BIM-технологий есть. Все больше студентов понимают, что знание информационного моделирования – необходимо для того, чтобы быть востребованным специалистом. На площадке нашего университета уже несколько раз проводился BIM-чемпионат для студентов. Последний, который был месяц назад, получил статус международного. Все больше вузов хотят принимать участие в таких мероприятиях, и мы готовы с ними активно сотрудничать», – отметил он.
С актуальностью проблемы подготовки кадров согласен и Александр Высоцкий, руководитель компании «Высоцкий консалтинг», которая обучает BIM-технологиям студентов СПбПУ. «Важно, чтобы выпускник, уходя из вуза, сразу же становился ценным кадром для проектных и строительных компаний. Поэтому важно обучаться BIM с нуля в учебных заведениях, а затем дополнять знания. К сожалению, в вузах пока мало опытных преподавателей. Также очень сильно тормозит учебный процесс старая, классическая образовательная практика», – добавил эксперт.
На конференции обсуждались и вопросы использования BIM на практике. Советник директора СПб ГАУ «Центр государственной экспертизы» Ирина Чиковская сообщила, что в этом году государственная экспертиза в пилотном режиме начинает проект по приему информационных моделей как приложения к проектной документации. Однако опыт уже показал, что представленные проекты содержат ошибки, или же есть модель, но не представлена его информационная наполняемость. На это, добавила она, должны обратить внимание специалисты по BIM, в том числе и те, которые недавно закончили вузы.
Интерес у участников мероприятия также вызвали примеры использования BIM-технологий в других странах. В частности, представители университета Ханянг из Южной Кореи рассказали о разработанной ими программе, которую можно использовать с BIM-платформами. Она позволяет все работы проводить одновременно, что положительно сказывается на реализации проекта.
Мнение
Евгений Рыбнов, ректор СПбГАСУ:
– Технология BIM неуклонно входит в нашу жизнь. Это принципиально иной подход к проектированию, возведению, оснащению, обеспечению эксплуатации и ремонту здания, к управлению жизненным циклом объекта, включая его экономическую составляющую. Для реализации внедрения BIM требуются высококвалифицированные специалисты, владеющие соответствующим программным обеспечением. СПбГАСУ – в числе вузов, осуществляющих подготовку таких специалистов.
Андрей Кумсков, руководитель направления информационного моделирования AECOM:
– Характерной чертой или даже призванием технологии информационного моделирования является объединение информации из различных источников и разных стадий проекта. Все предыдущие подходы к автоматизации предполагали использование новых методов работы в довольно ограниченных рамках.
С появлением BIM-технологий на первое место выходит задача по выработке единых принципов формирования и обработки информации из разных источников данных и на всех фазах проекта.
Соглашусь с мнением, что для эффективного развития BIM-технологий необходимо наладить взаимодействие образовательной, научной и производственной сфер.
Какие условия для этого нужны? Важно, чтобы университеты, поставляющие кадры, участвовали в решении реальных проектных задач, были неотрывно связаны с практическим опытом, а производители инженерного оборудования и материалов были вовлечены во взаимодействие с проектировщиками, создавали свои базы данных для успешной интеграции в создание BIM-моделей.
Есть ли успехи в этом процессе? Несомненно, есть пример успешного сотрудничества между учебным заведением и проектной компанией: программа AECOM on Campus, с помощью которой мы привлекаем студентов 4-го и 5-го курсов МГСУ к созданию информационных моделей и даже проводим обучающие курсы.
Другой пример успешной интеграции производителей в процесс формирования информационных моделей проектировщиков – разработка плагина и библиотеки объектов Schneider Electric.