Развитие методов применения грунтов и местных каменных материалов в слоях дорожных одежд

Первыми покрытиями дорог были: щебёночные устраиваемые методом заклинки, булыжные и брусчатые мостовые. Последние не получили широкого развития в связи с большим объемом ручных работ по их устройству. В настоящее время такие покрытия устраиваются, как правило, на площадях, тротуарах для создания декоративной поверхности. Появились искусственные брусчатые материалы различного цвета и формы, что еще более повысило их декоративность.

Основное развитие получили щебеночные покрытия. Рост интенсивности автомобильного движения показал целесообразность использования этого типа слоя в основании дорожных одежд на дорогах с высокой интенсивностью движения, а также в покрытиях на дорогах с малой интенсивностью движения.

С целью максимального использования местных материалов и снижения стоимости строительства оснований дорожных одежд М.М. Филатовым, В.М. Безруком, И.И. Черкасовым и др. были разработаны способы укрепления грунтов и технологии устройства оснований их этих материалов.

Развитие автомобильного транспорта в последние десятилетия потребовало совершенствования конструкций дорожных одежд и способов их строительства, в том числе слоев оснований дорожных одежд из каменных материалов, которые основывались на теоретических положениях о требованиях к слоям дорожных одежд (выдвинутых и обоснованных А.К. Бируля, Н.Н. Ивановым, В.Ф. Бабковым, М.И. Волковым, А.М. Кривисским, Н.В. Горелышевым, В.К. Некрасовым, А.Я. Тулаевым, Ю.М. Васильевым, А.П. Васильевым, В.Д. Казарновским и другими), основными из которых являются:

способность слоя выдерживать нагрузку от проезжающего автотранспорта, то есть иметь необходимую прочность применяемых материалов и модуль упругости слоя, предотвращающих образование неровностей и колей на покрытии;

способность материала слоя выдерживать воздействие климатических факторов (замораживание-оттаивание, водонасыщение-высушивание), то есть иметь материал с необходимой морозостойкостью;

способность материала слоя воспринимать колебания температуры наружного воздуха и обеспечивать предотвращение возникновения температурных трещин в слое;

к этим требованиям необходимо добавить требования, связанные с различными экономическими, техническими, технологическими требованиями такими как необходимость повышения темпов строительства и необходимость использования местных материалов и отходов промышленности.

В результате многолетних работ ученых-дорожников были разработаны новые конструкции, материалы и технологии строительства слоев дорожных одежд из каменных материалов без вяжущих, а также каменных материалов и грунтов, обработанных неорганическими вяжущими. Проведенные в последние десятилетия в Союздорнии (B.C. Исаев, Б.С. Марышев, А.О. Салль, В.С. Цветков, В.М. Юмашев и др.) совместно с МАДИ (А.К. Славуцкий, Н.А. Фидловский, Е.И. Феоктистов и др.), Росдорнии (О.А. Закурдаев, Л.Б. Каменецкий, Ю.Н. Розов, В.М. Ольховиков и др.), и с другими организациями исследования позволили расширить номенклатуру применяемых материалов, усовершенствовать требования к материалам и слоям, а также технологию строительства с использованием различных машин и механизмов и контроля качества производства работ. К основным достижениям можно отнести создание следующих основных конструкций и технологий их строительства.

Щебёночные основания и покрытия, устраиваемые методом заклинки. Расширена номенклатура фракций применяемого щебня. Уточнены необходимая прочность и морозостойкость щебня, а также расчетные параметры слоя.

Разработаны способы устройства оснований из широко распространенного низкомарочного щебня. Морозостойкость такого материала повышается обработкой его различными гидрофобизаторами в процессе устройства слоя.

Щебёночные слои с пропиткой верхней части неорганическими вяжущими. В развитие традиционных щебёночных слоев, устраиваемых методом заклинки, для повышения их несущей способности предложено производить расклинку слоя не мелким щебнем, а различными неорганическими вяжущими (цементопесчаная смесь, литая цементопесчаная смесь, гранулированный доменный шлак, активный фосфогипс). Установлены оптимальные расходы вяжущего, расчетные параметры слоя, а также технологии его устройства.

Слои оснований или покрытий из щебёночно (гравийно)-песчаных смесей. Предложены различные зерновые составы смеси, установлены расчётные параметры слоев из них, уточнены требования к прочности и морозостойкости материала в зависимости от категории дороги и климатических условий ее расположения, уточнены технологии строительства с использованием различных машин. Проведенные работы позволяют создавать слои типа минерального бетона.

Для повышения плотности и несущей способности слоя из щебеночно (гравийно)-песчано-грунтовых смесей разработана технология обработки используемых материалов жидкими стабилизаторами (пластифицирующими поверхностно-активными веществами). Установлены виды и оптимальные расходы стабилизаторов, степень повышения плотности и модуля упругости слоя. Разработана технология устройства стабилизированного слоя.

Слои из активных отходов промышленности. Установлены параметры материала и слоя из доменных шлаков, белитовых шламов и фосфогипса. Использование этих материалов, обладающих естественной активностью, позволяет получать монолитные слои.

Основания из каменных материалов, обработанных цементом - цементоминеральных материалов (ЩПЦС, ПЦС). Разработаны требования к цементоминеральным материалам, их прочности, морозостойкости. Установлены закономерности влияния марки и расхода цемента, количества воды, а также характеристик заполнителя (прочность, крупность, зерновой состав) на марку прочности цементоминерального материала. Определены расчётные параметры слоя, а также оптимальные технологии строительства.

Шлакоминеральные основания. Разработаны оптимальные составы каменных материалов, обработанных шлаковым вяжущим (гранулированным доменным шлаком с различными активаторами) различных марок прочности, установлены модули упругости этих слоев. Разработаны технологии строительства слоев из шлакоминеральных материалов.

Основания из щебёночных или цементоминеральных смесей, укладываемых в ячейки из пространственных георешеток. Разработанная конструкция повышает модуль упругости традиционных щебёночных слоев и увеличивает трещиностойкость слоев из обычных цементоминеральных материалов.

Брусчатые и мозаичные мостовые. В развитие традиционных брусчатых мостовых из природных горных пород разработана брусчатка различной формы и цвета, как правило, из цементопесчаной смеси. Установлены необходимая прочность и морозостойкость брусчатки.

В проведении исследований и разработке вышеописанных материалов, конструкций и технологий строительства оснований и покрытий дорожных одежд принимали участие сотрудники Союздорнии и его филиалов, Росдорнии, Гипродорнии, Госдорнии, Союздорпроекта, МАДИ, СибАДИ, РИСИ, ВИСИ, Гипромеза, Уралниичма, Вниистрома и др.