ГЛАВА 20. Строительство слоев износа, защитных шероховатых слоев

Назначение слоев износа, защитных и шероховатых слоев

При строительстве или реконструкции дорог во многих случаях возникает необходимость строительства слоев износа, защитных и шероховатых слоев, каждый из которых имеет свое основное назначение. Однако во многих случаях их функции совмещаются.

Слои износа строят одновременно с покрытием или укладывают на готовое или заканчивающее срок службы покрытие. После уменьшения толщины покрытия за счет износа на расчетную глубину возобновляют слой износа. Этот слой должен обладать требуемой ровностью и шероховатостью, поэтому его строят из самых прочных, износостойких, слабо шлифующихся, водо- и морозостойких материалов. Толщина слоя износа обычно колеблется от 10 до 35 мм.

Защитные слои толщиной от 0,5-1,0 мм до 10-15 мм устраивают для защиты покрытия от проникания в него поверхностной влаги, то есть для гидроизоляции покрытия. Защитные слои можно рассматривать одновременно и как слои износа и рассчитывать их толщину на срок службы покрытия. Слои, имеющие назначение защитных и слоев износа, устраивают на всех покрытиях облегченного типа, которые строят преимущественно из щебеночных и гравийных материалов, поскольку после укладки и уплотнения они имеют еще остаточную пористость около 20-25 %.

В зимний период замерзание воды в пустотах покрытия и в порах минерального материала вызывает их преждевременное разрушение. Поэтому после окончания работ по строительству покрытия немедленно укладывают защитный слой.

На переходных покрытиях и основаниях типа щебеночных, гравийных и особенно цементогрунтовых, не обладающих износоустойчивостью, укладывают защитные слои и слои износа с применением органических вяжущих. Такие слои можно считать самостоятельными тонкослойными покрытиями, так как они будут обладать повышенными технико-эксплуатационными показателями (ровностью, износоустойчивостью, водонепроницаемостью) по сравнению с тем основанием или покрытием, на которое он уложен.

Шероховатые слои различной толщины устраивают для создания шероховатой поверхности на тех покрытиях, у которых параметры шероховатости не обеспечивают требуемые сцепные качества. Основное назначение шероховатых слоев состоит в повышении сцепных качеств покрытий. Коэффициент сцепления зависит от степени и вида шероховатости покрытия и скорости движения (рис. 20.1).

Рис. 20.1. Различные виды шероховатости слоев и покрытий:

Непригодные поверхности, излишне гладкие; 4, 5 - небольшая шероховатость, пригодны в городских условиях, при движении со скоростью до 60-70 км/ч; 6, 7 - с крупной шероховатостью, пригодны для движения со скоростью более 80-100 км/ч

Учитывая условия работы перечисленных слоев, каждый из них должен обладать не только свойствами основного назначения, но в той или иной мере свойствами других слоев. Поэтому обычно функции защитных слоев, слоев износа и шероховатых слоев совмещаются путем соответствующего подбора гранулометрического состава, требований к прочности, износостойкости, морозостойкости и другим свойствам каменных материалов, требований к виду вяжущего, его свойствам, нормам расхода, введением различных добавок, а также выбора технологии работ.

Чаще всего устраивают шероховатые коврики износа, которые одновременно выполняют и функции защитных слоев. При этом к толстым относят слои толщиной более 30-35 мм, к тонким - слои толщиной 20-30 мм, очень тонким - слои толщиной 15-20 мм и супертонким - слои толщиной менее 15 мм.

Слои износа, защитные и шероховатые объединяют общие для них способы производства работ: поверхностная обработка, втапливание щебня и укладка слоя смеси, пасты или мастики.

Приведенные на рис. 20.1 поверхности - гладкая 1, с отдельными углублениями 2 и волнистая 3 - не обеспечивают требуемой шероховатости. Для движения со скоростью до 60-70 км/ч допустимы поверхности с малой шероховатостью 4 и 5 с небольшими выступами шероховатости. Для таких слоев применяют мелкозернистый минеральный материал типа крупного песка или острогранных высевок размером 3-8 и 5-10 мм. Получаемые слои сходны с наждачной бумагой. Поверхности с крупной шероховатостью 6, 7 пригодны для движения со скоростью более 80-100 км/ч.

Однако при большой скорости движения в дождливую погоду на гладких покрытиях наблюдается явление гидропланирования (рис. 20.2), когда передние колеса теряют соприкосновение с покрытием из-за слоя воды, плохо отжимаемой из пространств между выступами щебня. При гидропланировании, возникающем на скорости автомобиля свыше 70-100 км/ч, передние колеса не имеют сцепления с покрытием, теряется управление и возможен съезд автомобиля с дороги.

При крупной и равномерной шероховатости слоя гидропланирования не происходит, так как колеса выдавливают воду из углублений между выступами щебня.

Рис. 20.2. Явление гидропланирования на покрытии с мелкой шероховатостью при повышении скорости:

1 - площадь сцепления; 2 - вода

Обеспечение шероховатости. Шероховатость, соответствующая требованиям безопасности дорожного движения, обеспечивается комплексным подходом к проектированию и строительству дорожного покрытия и слоя износа на его поверхности. Обычно, слой износа устраивается с шероховатой поверхностью. Слой износа может представлять собой часть покрытия, не включаемую в расчет по прочности. Слой износа может устраиваться в виде дополнительного тонкого слоя на поверхности покрытия, как правило, из материала, отличного от материала покрытия. В зависимости от требуемого типа шероховатости дорожного покрытия используют различные методы ее устройства (табл. 20.1).

Тип шероховатой поверхности назначают в зависимости от категории дороги: для дорог I категории - С_шер или К_шер; II категории - С_шер, К_шер, М_шер; III категории - С_шер, К_шер, М_шер, К_шип, С_шип; IV и V категорий - К_шер, С_шер, К_шип, М_шер, М_шип.

При создании шероховатой поверхности на покрытиях из асфальтобетонов типа В, В_х, Д_х путем строительства поверхностной обработки с применением битума, битумной эмульсии или втапливания щебня в поверхность свежеуложенного асфальтобетона размер щебня, использованного для создания шероховатости, и начальная глубина впадин макрошероховатости должны быть рассчитаны. При этом необходимо учитывать интенсивность и скорость движения автомобилей, состав транспортного потока, характеристики атмосферных осадков, требования безопасности движения, необходимый срок службы шероховатой поверхности, требования охраны природы, облегчение содержания дорог в холодный период года. Необходимо учитывать и требования экономики: стоимость строительства должна быть наименьшей, шероховатость - сохраняться в течение заданного периода времени, сопротивление качению автомобильных шин должно быть минимальным. Расчет макрошероховатости заключается в назначении высоты ее неровностей на последний год службы, определении начальной макрошероховатости и микрошероховатости в конце периода работы покрытия или слоя износа, проверке соответствия назначенных параметров макрошероховатости требованиям дренажа воды и др. [96].

Размер шероховатости поверхностной обработки регулируют подбором размера щебня, однако крупношероховатые поверхностные обработки, устраиваемые из щебня размером 15-20 и 20-25 мм, не рекомендуется применять на участках дорог в пределах населенных пунктов, поскольку они способствуют повышению уровня шума от проезжающих автомобилей.

В районах с частыми снегопадами, большими снегопереносами и гололедом влажный снег и лед забивают зазоры между выступами и повышают скользкость покрытий. Поэтому устройство крупношероховатых покрытий в районах с длительной зимой нецелесообразно. Не имеет смысла устройство шероховатых покрытий в засушливых районах, где основную часть года стоит сухая, жаркая погода.

В зависимости от типа покрытия устраивают одиночную, двойную, а в некоторых случаях тройную обработку, поскольку шероховатая обработка одновременно служит и слоем износа и защитным слоем покрытия. На асфальтобетонных и усовершенствованных облегченных покрытиях устраивают преимущественно одиночную поверхностную обработку, а при ремонте цементобетонных покрытий часто устраивают двойную обработку. Устройство шероховатых поверхностей с применением горячих асфальтобетонных смесей с повышенным содержанием щебня предусматривают на автомобильных дорогах I-III категорий.

Таблица 20.1

Методы устройства шероховатой поверхности на покрытиях дорог (ВСН 38-90)

Тип шероховатости	Методы устройства на покрытиях
Асфальтобетонные и другие черные покрытия (при новом строительстве и в период эксплуатации)
Мелкошипованные (Мшип)	Устройство верхнего слоя покрытий из а/б типа Б, Бх, Г, Гх, Дх с использованием в смесях щебня и дробленого песка из труднополируемых горных пород или щебня разной прочности;
Поверхностная обработка битумным щебеночным шламом с содержанием до 40 % щебня размером менее 15 мм;
Втапливание черного щебня в поверхность слоя асфальтобетона типов В, Вх, Дх;
Устройство слоя износа из песчано-резино-битумных смесей.
Мелкошероховатые (Мшер)	Устройство верхнего слоя покрытия из горячего а/б типа А с содержанием в смеси 50-60 % щебня из труднополируемых горных пород размером до 15 мм;
Устройство верхнего слоя покрытия из открытых битумоминеральных смесей с содержанием в смеси 55-65 % щебня размером до 15 мм;
Поверхностная обработка с применением битума, эмульсий и щебня.
Среднешипованные (Сшип)	Втапливание черного щебня в поверхность свежеуложенного а/б типа В, Вх, Дх;
Устройство верхнего слоя из открытых битумоминеральных смесей с использованием щебня размером до 20 мм в количестве 55-65 %;
Поверхностная обработка с применением битума, эмульсий и щебня.
Среднешероховатые (Сшер)	Поверхностная обработка с применением битума, эмульсий и щебня;
Поверхностная обработка битумным шламом с использованием щебня размером до 20 мм в количестве не менее 55 %;
Устройство верхнего слоя из открытых битумоминеральных смесей с использованием щебня размером до 20 мм в количестве 65-85 %;
Втапливание черного щебня в поверхность слоя асфальтобетона типа В, Вх, Дх.
Крупношипованные (Кшип)	Устройство верхнего слоя из открытых битумоминеральных смесей с использованием щебня размером до 25 мм в количестве 65-85 %.
Крупношероховатые (Кшер)	Поверхностная обработка с применением битума, эмульсии и щебня.
Цементобетонные покрытия (при новом строительстве и в период эксплуатации)
Мелкошипованные (Мшип)	При новом строительстве: обработка поверхности свежеуложенного бетона специальными щетками поперек проезжей части;
В период эксплуатации: а) обработка поверхности покрытия высокотемпературным пламенем, кислотой или другими химическими веществами; б) поверхностная обработка с применением эпоксидного вяжущего и дробленого песка из труднополируемых горных пород.
Мелкошероховатые (Mшер)	Нарезка бороздок в поверхностном слое покрытия алмазными дисковыми нарезчиками.
Среднешероховатые (Сшер)	Устройство верхнего слоя из открытых битумоминеральных смесей с использованием щебня размером до 20 мм в количестве 65-85 % или с использованием щебня размером до 25 мм в количестве 55-65 %.
Крупношипованные (Kшип)	Устройство верхнего слоя из открытых битумоминеральных смесей с использованием щебня размером до 25 мм в количестве 65-85 %.
Крупношероховатые	Двойная поверхностная обработка с применением резинобитумного вяжущего и черного щебня размером 20-25 мм для нижнего слоя и 15-20 мм для верхнего слоя.
(Кшер)

Втапливание щебня в свежеуложенный слой покрытия применяют на дорогах I-III категорий. На дорогах III и IV категорий с покрытиями из асфальтобетона или из смесей битума с минеральными материалами, приготовленными смешением на дороге, шероховатую поверхность устраивают путем укладки верхнего слоя из холодного асфальтобетона с применением щебня и дробленого песка из труднополируемых пород, а также втапливанием щебня в малощебенистые или песчаные смеси. Следует особо подчеркнуть, что устройство шероховатой поверхности покрытия любым способом теряет всякий смысл, если одновременно не укрепить обочины, съезды и переезды из-за грязи, заносимой с них на покрытие колесами автомобилей во время дождей и распутицы. Поэтому одновременно с устройством шероховатой поверхности необходимо укрепить обочины, устроить твердые покрытия на въездах и переездах.

Для снижения опасности гидропланирования во время дождя в последние годы все большее распространение получают покрытия из высокопористого и открытого асфальтобетона, для которого характерна пористость порядка 15-20 %. Такое покрытие укладывается на слой плотного асфальтобетона с поперечным уклоном не менее 20 ‰. Оно обеспечивает высокий коэффициент сцепления колес с покрытием, так как во время дождя поглощает выпадающие осадки и вода, постепенно дренируя, стекает к обочинам.

Применение дренирующего асфальтобетона может быть рекомендовано на дорогах I-III категорий в V дорожно-климатической зоне.