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.
Вторая жизнь. Холодный ресайклинг в дорожном строительстве
Повторное использование в дорожном ремонте изношенного асфальтового покрытия, перемешанного непосредственно на дороге с верхним слоем дорожного основания, с добавлением вяжущих и специальных добавок позволяет повысить скорость и экономичность проведения работ, при этом получая монолитную плиту основания с очень высокими и долговечными эксплуатационными характеристиками. Данная технология, называемая холодным ресайклингом (холодной регенерацией), активно используется в зарубежных странах, но в России пока только начинает распространяться.
По словам заместителя генерального директора по связям компании «Статус-Грунт» Максима Лебедева, в условиях изношенности дорожного фонда и бюджета, недостаточного для проведения капитального ремонта, местные власти вынуждены ограничиваться текущим ремонтом, который заключается в замене только защитного слоя (асфальтобетона). Большая часть региональных и межмунициапальных дорог в нашей стране устроены много десятилетий назад и рассчитаны были еще тогда на значительно меньшие нагрузки (6–8 т/ось). Их основания практически полностью разрушены, они не несут прочностных характеристик (материалы деградированы, переувлажненные участки, карсты, коррозия дорожного основания и т. д.). Большинство сегодняшних ремонтных работ можно сравнить с укладкой асфальта на «манную кашу»: деньги потрачены, а эффекта нет. Все дефекты дороги в короткие сроки вновь выходят на поверхность.
«В отличие от традиционного фрезерования и замены только верхнего слоя покрытия, технология холодного ресайклинга позволяет получить усиленную конструкцию дорожной одежды, создавая из материалов старого покрытия и дорожного основания новый гомогенный слой с более высокими прочностными характеристиками. Данный метод позволяет использовать 100% материалов старой дороги, сокращая сроки строительства в три раза и получая экономию бюджета до 20–30%, при этом оставаясь мерой текущего, а не капитального ремонта», — подчеркивает Максим Лебедев.
Выбирая технику
В работе по технологии холодного рециклинга используется специализированная техника — ресайклеры, в большинстве своем они импортного производства.
Директор по развитию бизнеса ООО «МС-партс» Александр Басионок отмечает, что конкуренция среди производителей ресайклеров существует, но она в разы ниже по сравнению с другой строительной техникой. «Далеко не каждый завод-изготовитель имеет возможность производить и держать по наличию в России технику для регенерации. Известная китайская компания XCMG это делает, имея постоянный склад ресайклеров на Дальнем Востоке и в Москве. Кроме того, XCMG отличается своей доступностью по стоимости и широким ассортиментом. Что касается новинок, то завод ежегодно дорабатывает существующие модели, опираясь на отзывы своих дилеров и заказчиков, а также регулярно выпускает новые модели.
Ресайклеры — это большие сложные и дорогие машины, продолжает тему региональный менеджер по продажам компании «ФАЙАТ БОМАГ РУС» Дмитрий Абрамов, поэтому рынок машин для регенерации и стабилизации невелик и составляет порядка трех десятков машин в год. «Основными игроками на этом рынке являются три производителя специализированной техники, в число которых входит компания BOMAG, выпускающая подобные машины с 1973 года. При выборе машины для стабилизации и рециклинга важно понимать, с какими вяжущими и в каких комбинациях придется работать на будущих проектах. Машины по запросу клиента комплектуются различными системами введения и дозирования воды и вяжущих материалов в асфальтогранулят», — добавил он.
Требуются стандарты
Несмотря на технологичность и эффектность метода холодного ресайклинга для ремонта и строительства дорог, по мнению экспертов, она пока в нашей стране активно не применяется. К сдерживающим факторам, отмечает Максим Лебедев, можно отнести неосведомленность о ее положительных аспектах и нежелании разбираться в них, а порой и просто лоббирование интересов местных АБЗ и карьеров лицами, принимающими решение на местах, отсутствие их прямой и реальной ответственности за полученный результат и экономическую эффективность решений.
«В связи с вышеизложенным огромные деньги расходуются нецелесообразно или с низкой эффективностью. Необходим более жесткий контроль за этим, особенно при реализации национального проекта "Безопасные и качественные дороги" (БКД). Правда, отдельные регионы используют эту технологию при ремонте дорог. В 2020 году мы отремонтировали по технологии холодной регенерации более 300 тыс. кв. м межмуниципальных дорог в Нижегородской области, сэкономив немалые деньги региону. Данная технология, на мой взгляд, — огромное подспорье в оптимальной реализации программ развития дорожной сети в РФ и, в частности, БКД», — сообщил Максим Лебедев.
В компании «Цитадель технология», занимающейся производством продуктов для стабилизации грунтов, также считают основным сдерживающим фактором серьезного внедрения в дорожную отрасль холодного ресайклинга отсутствие должной нормативно-правовой базы. В данном случае имеется в виду отсутствие национального стандарта по данной технологи. Хотя подвижки, отмечают специалисты, уже есть, в прошлом году приняли предварительный национальный стандарт по укреплению грунтов. Проектировщики неохотно идут на эту технологию. Им проще работать по старинке. Технология требует высококачественного инжинирингового сопровождения. Это и будет в дальнейшем точкой роста. Как только появятся инжиниринговые компании, обладающие компетенцией в проектировании и строительстве по указанной технологии, то и государственным заказчикам будет проще ее применять. Сегодня складывается парадоксальная ситуация: государственные заказчики проводят конкурсы на холодную регенерацию, подрядчики выполняют работу, а технические заказчики порой не знают, по каким нормативам принимать работы, подчеркивают эксперты.
Мнение: Александр Басионок, директор по развитию бизнеса ООО «МС-партс»:
— В линейке ресайклеров XCMG достаточно моделей, чтобы подобрать именно тот, который будет отвечать конкретным требованиям заказчика. К примеру, если дорожная организация работает исключительно в рамках стабилизации грунтов, то приобретение полноценного ресайклера нецелесообразно ,и ему будет вполне достаточно использовать более легкую модель в виде стабилизатора XCMG XL2103 или XL2503. Если же в планах работы с асфальтом или клиент рассматривает приобретение на перспективу с целью участия на объектах с разными требованиями, то, безусловно, стоит рассмотреть полноценный ресайклер типа XLZ2103 или XLZ2303. Весь модельный ряд XCMG представляет собой восемь машин, две из которых — стабилизаторы, шесть — ресайклеры.
«Статус-Грунт» — инновации на практике
Компания «Статус-Грунт» — лидер по применению технологий укрепления грунта и холодной регенерации и поставок специализированных добавок.
ООО «Статус-Грунт» существует с 2014 года и зарекомендовало себя как опытный и надежный партнер при строительстве и ремонте дорог, площадок и полов с использованием технологий укрепления грунтов и холодной регенерации дорожной «одежды».
Наличие собственной специализированной дорожной техники, обученного, высокопрофессионального персонала, своей лаборатории позволяет нашей компании реализовывать проекты различной сложности.
Среди наших работ большое количество дорог, отремонтированных по технологии холодного ресайклинга, построенных по технологии стабилизации грунтов дорог и площадок на крайне тяжелых грунтах. Выполняемые нашими специалистами работы порой связаны с поиском нетривиальных решений и использованием нестандартных решений. Все это лишний раз доказывает, что выполнение работ с использованием вышеупомянутых технологий — сложный процесс, требующий специфического опыта. И этот опыт у нас есть. На сегодняшний день портфель выполненных заказов включает в себя объекты общей площадью почти 3 миллиона квадратных метров в различных регионах России.
При этом наша компания является разработчиком и производителем комплексных вяжущих материалов и добавок. Наши специалисты, учитывая многие недостатки представленных на рынке добавок, используя практический опыт компании, научную основу и лабораторные мощности, создают и подтверждают максимально оптимизированные и универсальные продукты.
Развитие химической промышленности и нанотехнологий, появление новых материалов дают возможность разработки нового варианта специализированной добавки для технологий — стабилизирующего агента «Статус-5» (наноструктурированный стабилизатор). В его составе используются полимерные нанокомпозиты как один из основных компонентов будущей добавки. Подбор и оптимизация нового состава модификатора позволяют улучшить качественные характеристики смесей после их уплотнения и сократить расход вяжущих материалов. Также использование композитных наноматериалов может понизить последующую коррозию дорожного основания. Предусматривается его использование и при усилении систем, состоящих из грунтов и отходов промышленных производств (шлаки, зола-унос ТЭЦ и пр.), а также минеральных смесей, включающих измельченный слой покрытия (асфальтобетонный гранулят) с природными и/или техногенными грунтами.
Сегодня специалисты нашей компании активно взаимодействуют с представителями академической науки. Ведется постоянная совместная работа по разработкам новых материалов, и усовершенствованию технологических процессов на объектах. Все это призвано существенно улучшить качество получаемого результата работы, сократить сроки строительных и ремонтных работ, а также запуска движения по окончании этих работ, повышать влаго- и морозостойкость основания дорог, увеличивать в разы межремонтные сроки, устранять ограничения в выборе материала строительства дорог и площадок и многое другое.
