Методические рекомендации по повышению качества дорожных оснований из щебня различных пород

Обновлено: 14.05.2024

Каменный материал, обработанный вяжущими, является одним из широко применяемых материалов для устройства слоев основания дорожной одежды, а при строительстве дорог низких технических категорий может быть использован и для устройства покрытия со слоем износа из черных смесей.

Настоящие Методические рекомендации излагают комплекс вопросов по требованиям к исходным материалам для приготовления щебеночно-песчано-цементной смеси (ЩПЦС) и смесям для устройства из ЩПЦС, слоев дорожной одежды из них.

Следует отметить, что ЩПЦС рекомендуется применять в качестве материала для устройства оснований при строительстве дорог I-V технических категорий, а покрытий на дорогах IV-V категорий.

В Методических рекомендациях представлена технология устройства слоев дорожной одежды как из смеси, приготовленной в смесительной установке, так и методом смешения на месте. Но следует отметить, что лучшее качество дорожной одежды обеспечивается при устройстве ее из смеси, приготовленной в смесительной установке.

Технология приготовления ЩПЦС изложена в параллельно разрабатываемых "Методических рекомендациях по получению оптимальных составов щебеночно-песчано-цементных смесей".

Для выполнения линейных работ (укладки, уплотнения, ухода) рекомендованы современные машины, имеющие высокий технический уровень, как отечественного, так и зарубежного производства, причем впервые разработана технология укладки ЩПЦС асфальтоукладчиками из смеси, приготовленной в установке, и технология методом смешения на месте с применением ресайклера.

Во всех случаях применения рекомендаций необходима привязка их к местным условиям работы с учетом наличия дорожностроительных машин и механизмов, местных материалов, уточнения работ и калькуляции затрат труда.

Рекомендации подготовили: зав. лабораторией технологии и механизации дорожных работ О.Б. Гопин; зав. лабораторией каменных материалов В.С. Исаев; генеральный директор ФГУП "Союздорнии" В.М. Юмашев; ст. научн. сотрудник Л.М. Кириллова; ст. научн. сотрудник И.А. Афонина.

1. Общие положения

1.1. Настоящие Рекомендации предназначены для руководства при устройстве оснований или покрытий дорожных одежд из щебеночно-песчано-цементных смесей (ЩПЦС), нормируемых ГОСТ 23558 "Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия".

1.2. Настоящие Рекомендации предназначены для руководства при контроле качества используемых ЩПЦС, технологии строительства слоя и оценки качества устроенного слоя из ЩПЦС.

Вопросы конструирования, проектирования и расчета дорожных одежд со слоями из рассматриваемых материалов, а также их работы под воздействием транспорта и климата рассматриваются в соответствующих инструкциях по проектированию дорожных одежд жесткого и нежесткого типа.

1.3. Перечень нормативных и рекомендательных документов, на основе которых разработаны настоящие Рекомендации и на которые имеются ссылки в настоящем документе, приведены в приложении 1.

1.4. В настоящих Рекомендациях применяются следующие термины и определения.

Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства - это обработанный материал - цементоминеральный материал (ШПЦС, ПУС, ЩПЦМ, ПЦМ) - искусственный материал, получаемый смешением в карьерных смесительных установках песчано-щебеночных, песчано-гравийных, песчано-щебеночно-гравийных смесей, золошлаковых смесей и песка с цементом или другим неорганическим вяжущим и водой и отвечающий в проектные или промежуточные сроки нормируемым показателям качества по прочности и морозостойкости.

Щебеночно-песчано-цементные смеси (ЩПЦС), песчано-цементные смеси (ПЦС) - это искусственные смеси, получаемые смешением в смесительных установках или на полотне дороги, щебня (гравия), песка, цемента и воды в запроектированных соотношениях.

Щебеночно-песчано-цементный материал (ЩПЦМ), песчано-цементный материал (ПЦМ) - обработанный материал, отвечающий в проектные сроки нормируемым показателям качества по прочности и морозостойкости.

Основание (покрытие) - один из конструктивных слоев дорожной одежды.

1.5. Для устройства основания или покрытия применяют цементоминеральные материалы (ЩПЦС), которые должны иметь проектную марку по прочности на сжатие и проектную марку по морозостойкости по ГОСТ 23558. Состав цементоминеральных материалов (ЩПЦС), обеспечивающий проектные марки, должен быть подобран до начала строительства и утвержден руководством строительной организации.

1.6. Выпускаемая заводом смесь должна иметь оптимальную влажность, обеспечивающую получение максимальной плотности по ГОСТ 23558.

1.7. Продолжительность транспортирования смесей каменных материалов с цементом, начало схватывания которого не менее 2 ч, не должна превышать 30 мин при температуре воздуха во время укладки выше 20°С и 50 мин при температуре воздуха ниже 20°С. Уплотнение смеси следует закончить до конца схватывания цемента. Для повышения качества ЩПЦС целесообразно организовать производство работ так, чтобы уплотнение было закончено до начала схватывания цемента.

1.8. Объем ЩПЦС для устройства слоя в насыпном виде определяется длиной, шириной и толщиной слоя в уплотненном состоянии с учетом коэффициента запаса на уплотнение, равного 1,2 - 1,4, и уточняется пробной укаткой на первом этапе строительства с составлением акта.

Максимальная толщина устраиваемого слоя в уплотненном состоянии в зависимости от применяемых катков должна быть, согласно СНиП 3.06.03-85, не более 22-30 см.

1.9. При устройстве оснований и покрытий из ЩПЦС, приготовленной в установке, её укладка может производиться универсальными асфальтоукладчиками, профилировщиками, распределителями бетона, автогрейдерами.

1.10. Все машины, применяемые для укладки смеси, должны быть оснащены автоматическими системами обеспечения ровности и поперечного уклона.

1.11. Применение автогрейдеров без автоматических систем допускается при обеспечении всех требований к ровности и геометрическим параметрам слоя.

1.12. При устройстве оснований и покрытий из ЩПЦС методом смешения на полотне дороги должны применяться фрезы, профилировщики, ресайклеры в паре с распределителями цемента или ресайклеры и оборудование для приготовления и подачи водно-цементной суспензии.

1.13. Для уплотнения слоя из ЩПЦС должны быть сформированы отряды самоходных катков с соответствующими амплитудно-частотными вибрационными характеристиками. Число катков в отряде определяется шириной укладываемой полосы и темпом укладки смеси.

1.14. Уход за свежеуложенным слоем основания или покрытия из ЩПЦС должен производиться розливом пленкообразующих материалов или с помощью автогудронатора с регулируемой системой распределения или машины по уходу за свежеуложенным бетоном, или укрытием влажным песком автогрейдером с поливомоечной машиной в зависимости от вида ухода.

1.15. В случае устройства двухслойного основания или покрытия верхний слой должен укладываться в течение одной смены с укладкой нижнего слоя при ограничении скорости движения построечного транспорта до 5 км/час или после набора материалом нижнего слоя не менее 70% прочности.

1.16. Движение построечного транспорта разрешается в день укладки или по достижении 70% проектной прочности.

Устройство вышележащего слоя разрешается в день устройства основания или после набора 70% проектной прочности.

2. Требования к материалам

2.1. Исходные материалы

2.1.1. В качестве компонентов смеси следует применять щебень по ГОСТ 8267 фракции 5-20 или 5-20 и 20-40 мм; песок по ГОСТ 8736.

2.1.2. Щебень и гравий по морозостойкости, прочности, содержанию вредных компонентов и примесей, стойкости против силикатного и железистого распадов должны соответствовать требованиям ГОСТ 8267, ГОСТ 3344, ГОСТ 25592,

2.1.3. Песок природный и из отсевов дробления горных пород должен соответствовать требованиям ГОСТ 8736, песок из шлаков - ГОСТ 3344, мелкозернистая золошлаковая смесь - ГОСТ 25592,

2.1.4. Для приготовления обработанных материалов следует применять следующие вяжущие материалы: портландцемент и шлакопортландцемент по ГОСТ 10178 марок не ниже 400 для покрытий и 300 для оснований.

2.1.5. Для приготовления ЩПЦС следует использовать воду по ГОСТ 23732,

Для приготовления ЩПЦС рекомендуется применять пластифицирующую добавку, как правило, ЛСТ, по ТУ 13-028103605-89 "Лигно-сульфонаты технические. Технические условия".

2.2. Требования к ЩПЦС

2.2.1. Прочность обработанного материала в проектном возрасте (28 суток) характеризуют маркой. Соотношение между маркой прочности и прочности на сжатие и на растяжение при изгибе должно соответствовать требованиям, указанным в табл. 1.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПОВЫШЕНИЮ КАЧЕСТВА ДОРОЖНЫХ ОСНОВАНИЙ
ИЗ ЩЕБНЯ РАЗЛИЧНЫХ ПОРОД

Изложен комплекс технических мер по повышению качества и технико-экономической эффективности конструкций дорожных одежд с основаниями из каменных материалов различных горных пород.

Дана новая классификация горных пород и получаемого из них щебня, учитывающая происхождение, минералогический состав, прочностные свойства породы, а также пластичность мелких фракций, которые получаются при ее измельчении. Щебень охарактеризован по степени уплотняемости под катком. Указанный комплекс свойств позволяет более обоснованно выбирать материал для получения оснований дорожных одежд с требуемыми эксплуатационными показателями.

Методы производства работ, в первую очередь уплотнение щебня или смесей из каменных материалов, усовершенствованы в целях получения максимальных значений модулей упругости слоя с учетом свойств каменных материалов.

При отсутствии возможностей получения требуемого модуля упругости слоя предлагается укреплять основание цементопесчаной смесью по способу пропитки.

Приведены расход смесей и требования к их прочности. Для контроля качества строительства оснований из каменных материалов даны методы оценки модуля упругости и плотности слоя непосредственно в дорожной одежде.

Предисловие

Щебеночное основание - наиболее распространенный тип дорожного основания в практике современного строительства. Технологические преимущества оснований из щебня по сравнению со смесями, обработанными вяжущими, обусловлены простотой производства работ и возможностью проведения их в самых сложных погодных условиях, в том числе зимой. Наряду с этим, технико-экономическая эффективность дорожных конструкций со щебеночными основаниями зачастую снижается из-за неудовлетворительного качества их проектирования и строительства.

"Методические рекомендации по повышению качества дорожных оснований из щебня различных пород" направлены на повышение качества проектирования и строительства дорожных одежд со щебеночными основаниями. Они могут быть использованы при проектировании и строительстве нежестких дорожных конструкций, в которых щебеночное основание является несущим конструктивным элементом.

Настоящие "Методические рекомендации" разработаны на основе опыта строительства щебеночных оснований трестов "Севзапдорстрой", "Лендорстрой", производственного объединения "Ленавтодор" и экспериментально-технических исследований Ленинградского филиала Союздорнии по вопросам физико-механических свойств каменных материалов и устроенных из них конструктивных слоев, совершенствования принципов конструирования и технологии производства работ и др. В разработках использованы результаты исследований Союздорнии, МАДИ, ХАДИ, материалы обследований дорог в процессе эксплуатации и зарубежный опыт строительства оснований дорожных одежд.

"Методические рекомендации" составили кандидаты технических наук А.О.Салль, Ю.М.Васильев, В.М.Юмашев.

1. Общие положения

1.1. Эксплуатационная устойчивость дорожной одежды зависит в основном от жесткости щебеночного основания, оцениваемой модулем упругости ("Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа" ВСН 46-72).

1.2. Выполнение требований "Методических рекомендаций по повышению качества дорожных оснований из щебня различных пород" позволяет управлять качеством щебеночного основания с технико-экономической оптимизацией выбора конструктивных решений, материалов и методов строительства. "Методические рекомендации" развивают и дополняют действующие нормативные документы: ВСН 46-72 - по вопросам конструирования дорожных одежд с учетом свойств каменных материалов основания, "Автомобильные дороги. Правила производства и приемки работ. Приемка в эксплуатацию" СНиП III-Д.5-73 и "Технические указания по устройству оснований дорожных одежд из каменных материалов, не укрепленных и укрепленных неорганическими вяжущими" ВСН 184-75 - в части требований к щебню, технологии строительства щебеночных оснований и контроля их качества; при этом материалы и методы производства работ выбирают из условия достижения конструктивными слоями максимальной жесткости.

2. Классификация и выбор каменных материалов

2.2. Для обеспечения жесткости щебеночного основания необходимо предъявлять требования к следующим основным свойствам щебня (табл.2.1):

прочности, устанавливаемой в соответствии с ГОСТ 8267-75;

твердости исходной горной породы;

числу пластичности образующихся при его измельчении зерен фракций мельче 0,63 мм;

Группа горных пород

Класс проч- ности

Марка по проч- ности

Потеря массы при испытании в полочном барабане, %, не более

Кате- гория пластич- ности

Магматические (граниты, сиениты, диориты, габбро, базальты, андезиты, трахиты, кристаллические сланцы и др.)

Песчаниковые (песчаники, кварциты)

Карбонатные (известняки, мрамор, доломиты)

Примечание. Щебень из гравия относят к той группе пород, представители которой в данном материале занимают более 50% объема.

2.3. Щебень в зависимости от пластичности мелочи, образующейся при его измельчении, подразделяют на три категории: П, С, Г, которые используют как дополнительную характеристику к классу прочности щебня (например, 400-П, 400-С и т.п.).

К категории П относится щебень, в котором мелкие фракции, образовавшиеся после его испытания на дробимость или износ в полочном барабане, представляют собой песок; С - мелкие фракции представляют собой супесь, Г - суглинок или глину.

2.4. По показателям механических свойств, от которых зависит жесткость щебеночного основания, щебень подразделяют на три группы:

А - прочный, легкоуплотняемый, из карбонатных пород, 2-3-го классов прочности. Смесь мелких фракций, образующихся при измельчении, не раскатывается (категория П);

Б - прочный, трудноуплотняемый, из магматических пород 1-3-го классов прочности и из песчаниковых пород 1-2-го классов прочности. Смесь мелких фракций, образующихся при измельчении, не раскатывается (категория П);

В - малопрочный, легкоуплотняемый из карбонатных и песчаниковых пород 4-5-го классов прочности и из магматических пород 4-го класса прочности (категории П, С, Г).

Щебень с удовлетворительной уплотняемостью - из песчаниковых пород 3-го класса и из карбонатных пород 1-го класса прочности (см.табл.2.1) - может быть отнесен к группе А или Б в зависимости от имеющегося опыта его применения для устройства оснований в конкретных условиях.

2.5. При ограниченных сроках ввода дороги в эксплуатацию предпочтительнее щебень группы А, придающий основанию большую жесткость, чем щебень группы Б. Щебень группы В рекомендуется для дорог III-V категорий; щебень группы В категории Г для устройства оснований в I-III дорожно-климатических зонах недопустим.

При укреплении щебеночного основания цементопесчаной смесью применим щебень любой породы и прочности.

2.6. Область применения щебня зависит от размера фракций (мм):

для устройства щебеночных оснований

Щебень фракции 70-120 (150) мм трудно разравнивать, планировать и уплотнять, поэтому рекомендуется применять карбонатные породы, обычно малопрочные; слои из него укладывают толщиной не менее 25 см.

2.7. Для заклинки щебня, особенно в зимнее время, наиболее пригоден известняк марок 800, 600 и 400 категории П; для заклинки основной россыпи сверхкрупного щебня - щебень среднего размера; для заклинки крупного щебня - мелкий.

Допускается использование для этих целей каменных материалов из магматических и высокопрочных песчаниковых пород в виде клинца и высевок (0-15 мм), а также гравийных и гравийно-песчаных смесей. В смесях должно быть не более 5% пылевато-глинистых частиц, либо их мелкозернистая составляющая (мельче 0,63 мм) должна относиться к категории П. Максимальный размер зерен материалов, используемых для заклинки, должен быть в 2 раза (и более) меньше, чем щебенок основной россыпи.

3. Конструирование дорожной одежды с учетом
свойств материалов основания

3.1. Дорожная конструкция должна обеспечивать минимальное попадание в щебеночное основание воды с поверхности и отвод этой воды из несущих слоев. Для этого конструктивные слои на проезжей части и обочина должны размещаться таким образом, чтобы их водонепроницаемость возрастала в направлении снизу вверх.

Дополнительный (подстилающий) слой основания устраивается в зонах значительного и избыточного увлажнения на всю ширину земляного полотна. Коэффициент фильтрации песчаных дренирующих материалов должен быть не менее 2 м/сутки при устройстве основания из щебня категории С и не менее 1 м/сутки при устройстве оснований из щебня категории П. Необходимость в дренирующем слое отпадает, если земляное полотно отсыпано из песка с коэффициентом фильтрации не менее 1 м/сутки.

На обочинах предусматриваются водозащитные слои, которые должны иметь плотный контакт с покрытием проезжей части. Для их устройства используют грунтощебень, высевки, гравийно-песчаные оптимальные смеси с коэффициентом сбега более 0,8 и другие материалы с высокой плотностью.

Защитные слои можно устраивать методом укрепления верхней части песчаного слоя (5-8 см) вяжущими: цементом (2-4%), активной золой уноса (10-15%), битумной эмульсией (3-5%).

Наличие защитного слоя позволяет уменьшить толщину щебеночного основания на 3-5 см, меньшая толщина достигается при устройстве защитных слоев из зернистых материалов.

3.3. Минимальная толщина основания должна в 2 раза превышать максимальный размер зерен для фракционированного щебня и в 1,5 раза - для щебеночной смеси.

Основания из каменных материалов с разными физико-механическими свойствами целесообразно устраивать в два слоя, используя в верхнем слое более прочные и водо-, морозостойкие материалы.

Требуемая толщина верхних слоев дорожной одежды (щебеночное основание+покрытие) рассчитывается по прочности на сдвиг нижележащих слоев (ВСН 46-72).

3.4. Минимальная толщина покрытия из плотной асфальтобетонной смеси назначается в зависимости от модуля упругости щебеночного основания и интенсивности движения, приведенной к расчетному автомобилю группы А (ВСН 46-72), по табл.3.1.

Модуль упругости щебеночного основания, МПа (кгс/см)

Минимальная толщина асфальтобетонного покрытия, см, при интенсивности движения расчетного автомобиля группы А, авт./сутки

ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО УСТРОЙСТВУ ПОКРЫТИЙ И ОСНОВАНИЙ
ИЗ ЩЕБЕНОЧНЫХ, ГРАВИЙНЫХ И ПЕСЧАНЫХ МАТЕРИАЛОВ,
ОБРАБОТАННЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИМИ ВЯЖУЩИМИ

1. РАЗРАБОТАН ФГУП "Союздорнии".

2. ВНЕСЕН Управлением инноваций и технического нормирования в дорожном хозяйстве Государственной службы дорожного хозяйства.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Каменный материал, обработанный вяжущими, является одним из широко применяемых материалов для устройства слоев основания дорожной одежды, а при строительстве дорог низких технических категорий может быть использован и для устройства покрытия со слоем износа из черных смесей.

Настоящие Методические рекомендации излагают комплекс вопросов по требованиям к исходным материалам для приготовления щебеночно-песчано-цементной смеси (ЩПЦС) и смесям для устройства из ЩПЦС, слоев дорожной одежды из них.

Следует отметить, что ЩПЦС рекомендуется применять в качестве материала для устройства оснований при строительстве дорог I-V технических категорий, а покрытий на дорогах IV-V категорий.

В Методических рекомендациях представлена технология устройства слоев дорожной одежды как из смеси, приготовленной в смесительной установке, так и методом смешения на месте. Но следует отметить, что лучшее качество дорожной одежды обеспечивается при устройстве ее из смеси, приготовленной в смесительной установке.

Технология приготовления ЩПЦС изложена в параллельно разрабатываемых "Методических рекомендациях по получению оптимальных составов щебеночно-песчано-цементных смесей".

Для выполнения линейных работ (укладки, уплотнения, ухода) рекомендованы современные машины, имеющие высокий технический уровень, как отечественного, так и зарубежного производства, причем впервые разработана технология укладки ЩПЦС асфальтоукладчиками из смеси, приготовленной в установке, и технология методом смешения на месте с применением ресайклера.

Во всех случаях применения рекомендаций необходима привязка их к местным условиям работы с учетом наличия дорожно-строительных машин и механизмов, местных материалов, уточнения работ и калькуляции затрат труда.

Рекомендации подготовили: зав. лабораторией технологии и механизации дорожных работ О.Б.Гопин; зав. лабораторией каменных материалов В.С.Исаев; генеральный директор ФГУП "Союздорнии" В.М.Юмашев; ст. научн. сотрудник Л.М.Кириллова; ст. научн. сотрудник И.А.Афонина.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации предназначены для руководства при устройстве оснований или покрытий дорожных одежд из щебеночно-песчано-цементных смесей (ЩПЦС), нормируемых ГОСТ 23558 "Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия".

1.2. Настоящие Рекомендации предназначены для руководства при контроле качества используемых ЩПЦС, технологии строительства слоя и оценки качества устроенного слоя из ЩПЦС.

Вопросы конструирования, проектирования и расчета дорожных одежд со слоями из рассматриваемых материалов, а также их работы под воздействием транспорта и климата рассматриваются в соответствующих инструкциях по проектированию дорожных одежд жесткого и нежесткого типа.

1.3. Перечень нормативных и рекомендательных документов, на основе которых разработаны настоящие Рекомендации и на которые имеются ссылки в настоящем документе, приведены в приложении 1.

1.4. В настоящих Рекомендациях применяются следующие термины и определения.

Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства - это обработанный материал - цементоминеральный материал (ШПЦС, ПУС, ЩПЦМ, ПЦМ) - искусственный материал, получаемый смешением в карьерных смесительных установках песчано-щебеночных, песчано-гравийных, песчано-щебеночно-гравийных смесей, золошлаковых смесей и песка с цементом или другим неорганическим вяжущим и водой и отвечающий в проектные или промежуточные сроки нормируемым показателям качества по прочности и морозостойкости.

Щебеночно-песчано-цементные смеси (ЩПЦС), песчано-цементные смеси (ПЦС) - это искусственные смеси, получаемые смешением в смесительных установках или на полотне дороги, щебня (гравия), песка, цемента и воды в запроектированных соотношениях.

Щебеночно-песчано-цементный материал (ЩПЦМ), песчано-цементный материал (ПЦМ) - обработанный материал, отвечающий в проектные сроки нормируемым показателям качества по прочности и морозостойкости.

Основание (покрытие) - один из конструктивных слоев дорожной одежды.

1.5. Для устройства основания или покрытия применяют цементоминеральные материалы (ЩПЦС), которые должны иметь проектную марку по прочности на сжатие и проектную марку по морозостойкости по ГОСТ 23558. Состав цементоминеральных материалов (ЩПЦС), обеспечивающий проектные марки, должен быть подобран до начала строительства и утвержден руководством строительной организации.

1.6. Выпускаемая заводом смесь должна иметь оптимальную влажность, обеспечивающую получение максимальной плотности по ГОСТ 23558.

1.7. Продолжительность транспортирования смесей каменных материалов с цементом, начало схватывания которого не менее 2 ч, не должна превышать 30 мин при температуре воздуха во время укладки выше 20 °С и 50 мин при температуре воздуха ниже 20 °С. Уплотнение смеси следует закончить до конца схватывания цемента. Для повышения качества ЩПЦС целесообразно организовать производство работ так, чтобы уплотнение было закончено до начала схватывания цемента.

1.8. Объем ЩПЦС для устройства слоя в насыпном виде определяется длиной, шириной и толщиной слоя в уплотненном состоянии с учетом коэффициента запаса на уплотнение, равного 1,2-1,4, и уточняется пробной укаткой на первом этапе строительства с составлением акта.

Максимальная толщина устраиваемого слоя в уплотненном состоянии в зависимости от применяемых катков должна быть, согласно СНиП 3.06.03-85, не более 22-30 см.

1.9. При устройстве оснований и покрытий из ЩПЦС, приготовленной в установке, ее укладка может производиться универсальными асфальтоукладчиками, профилировщиками, распределителями бетона, автогрейдерами.

1.10. Все машины, применяемые для укладки смеси, должны быть оснащены автоматическими системами обеспечения ровности и поперечного уклона.

1.11. Применение автогрейдеров без автоматических систем допускается при обеспечении всех требований к ровности и геометрическим параметрам слоя.

1.12. При устройстве оснований и покрытий из ЩПЦС методом смешения на полотне дороги должны применяться фрезы, профилировщики, ресайклеры в паре с распределителями цемента или ресайклеры и оборудование для приготовления и подачи водно-цементной суспензии.

1.13. Для уплотнения слоя из ЩПЦС должны быть сформированы отряды самоходных катков с соответствующими амплитудно-частотными вибрационными характеристиками. Число катков в отряде определяется шириной укладываемой полосы и темпом укладки смеси.

1.14. Уход за свежеуложенным слоем основания или покрытия из ЩПЦС должен производиться розливом пленкообразующих материалов или с помощью автогудронатора с регулируемой системой распределения или машины по уходу за свежеуложенным бетоном, или укрытием влажным песком автогрейдером с поливомоечной машиной в зависимости от вида ухода.

1.15. В случае устройства двухслойного основания или покрытия верхний слой должен укладываться в течение одной смены с укладкой нижнего слоя при ограничении скорости движения построечного транспорта до 5 км/час или после набора материалом нижнего слоя не менее 70% прочности.

1.16. Движение построечного транспорта разрешается в день укладки или по достижении 70% проектной прочности.

Устройство вышележащего слоя разрешается в день устройства основания или после набора 70% проектной прочности.

2. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ

2.1. Исходные материалы

2.1.1. В качестве компонентов смеси следует применять щебень по ГОСТ 8267 фракции 5-20 или 5-20 и 20-40 мм; песок по ГОСТ 8736.

2.1.2. Щебень и гравий по морозостойкости, прочности, содержанию вредных компонентов и примесей, стойкости против силикатного и железистого распадов должны соответствовать требованиям ГОСТ 8267, ГОСТ 3344, ГОСТ 25592.

2.1.3. Песок природный и из отсевов дробления горных пород должен соответствовать требованиям ГОСТ 8736, песок из шлаков - ГОСТ 3344, мелкозернистая золошлаковая смесь - ГОСТ 25592.

2.1.4. Для приготовления обработанных материалов следует применять следующие вяжущие материалы: портландцемент и шлакопортландцемент по ГОСТ 10178 марок не ниже 400 для покрытий и 300 для оснований.

2.1.5. Для приготовления ЩПЦС следует использовать воду по ГОСТ 23732.

Для приготовления ЩПЦС рекомендуется применять пластифицирующую добавку, как правило, ЛСТ, по ТУ 13-0281036-05-89 "Лигносульфонаты технические. Технические условия".

2.2. Требования к ЩПЦС

2.2.1. Прочность обработанного материала в проектном возрасте (28 суток) характеризуют маркой. Соотношение между маркой прочности и прочности на сжатие и на растяжение при изгибе должно соответствовать требованиям, указанным в табл.1.

1 А.О.Салль «Новая концепция применения щебеночных материалов для повышения несущей способности дорожных оснований» Правильный выбор каменных материалов для дорожных оснований определяется во взаимосвязи с их свойствами и достижением максимальной плотности и жесткости уложенного слоя. Существующее на протяжении нескольких десятилетий условие, определяющее выбор материалов Чем прочнее щебень, тем устойчивее основание было опровергнуто разработками СОЮЗДОРНИИ. По новой концепции щебеночные материалы были разделены на две разновидности: легкоуплотняемые и трудноуплотняемые (СНиП ). При этом легкоуплотняемые материалы из менее прочного камня позволяют достичь меньшей остаточной пористости и более высоких расчетно-нормативных показателей модуля упругости (ВСН 46-83, МОДН -001) и, следовательно, являются наиболее предпочтительными. Эффект более высокой жесткости слоев из легкоуплотняемого щебеночного материала обусловлен также повышенной плотностью контактов зерен и их самозаклинкой. Для достижения расчетно-нормативных значений модуля упругости, слой из легкоуплотняемого щебня следует уплотнять до достижения остаточной пористости 14%, а слой из трудноуплотняемого щебня до 0%. При этом, после предусмотренной СНиПом укатки требуется дополнительное доуплотнение за счет прохода по основанию дорожного покрытия не менее 1000 автомобилей средний и большой грузоподъемности с регулированием движения по ширине. В настоящее время при широком внедрении высокоэффективной виброуплотняющей техники доуплотнение слоя целесообразно заменить увеличением числа проходов вибрационного катка. В частности, при применении виброкатка массой не менее 9 тонн число проходов по каждому следу должно быть увеличено до Менее изучено влияние формы зерен щебня на достижение более высокой плотности и жесткости. Уделяя большое значение заклинке и взаимозаклинке зерен щебня, механику этих процессов в уплотняемом щебеночном слое практически не исследовали. При уплотнении в щебеночном слое возникает зацепление зерен. Этот постоянно действующий боковой распор придает слою способность воспринимать растягивающие напряжения ( кажущаяся монолитность), повышает жесткость слоя при работе на изгиб и сдвигоустойчивость в условиях воздействия автомобильных нагрузок. Щебеночные материалы без использования вяжущих могут быть применены для устройства несущей части основания, обеспечивающей прочность дорожной одежды, только при условии реализации этой способности. Первичные данные определения этого распора и взаимосвязи его с жесткостью приведены в работе Возможности и пути повышения качества щебеночных оснований. Ниже приведена физико-геометрическая модель процесса заклинки зерен. По предварительным априорным данным значение распора, действующего в щебеночном покрытии, составляет от 0, до 0,5 МПа, а в щебеночном основании от 0,05 до 0,1 МПа. С учетом того, что при длительном непосредственном воздействии автотранспорта на щебеночный слой распор существенно возрастает, эти данные не являются противоречивыми. При внедрении в упруго-пластическую среду клиновидного зерна под действием вертикальной нагрузки F (Смотрите Рисунок 1) по поверхности F клина возникают две составляющие силы: касательная T = * cos и перпендикулярная к ней нормальная H = F *(cos90 ). Клин внедряется в среду, если касательная составляющая больше F F силы трения скольжения * cos( ) > * (cos90 ) * f c или fc * tg < 1, где fc - коэффициент трения скольжения камня о камень, а - угол клина. Коэффициент трения скольжения fc в зависимости от вида породы, шероховатости поверхности и увлажненности может изменяться в широких пределах: fc = 0,55 0, 8. Таким образом, угол клина,

2 обеспечивающий возможность внедрения клина в уплотняемый слой, должен быть при наименьшем коэффициенте трения менее 1, а при наибольшем fc - менее 103. Рисунок 1. Форма зерна Вид граней (число Коэффициент Угол между ребрами граней) угловатости Тетраэдр треугольник (4) 0,09 Октаэдр треугольник (8) 0,17 Трехгранная прямая треугольник () призма (клин) 90 Квадрат (3) 0,9 Куб Квадрат (6) 90 0,35 Додекаэдр пятиугольник (1) 108 0,48 Шар ( ) 180 0,5 При предельном внедрении клиновидного зерна и снятии внешней нагрузки F между этим зерном и средой возникает распор P и его составляющие силы на контакте: касательная Tp = P * cos(90 ) и нормальная Hp = P * cos возникает в связи с тем, что коэффициент трения покоя больше касательной составляющей P *cos * fn > P * cos(90 ) или fn > tg, где fn - коэффициент трения покоя камня о камень. Коэффициент трения покоя fn в зависимости от вида породы и шероховатости поверхностей может изменяться в широких пределах: fn = 0,75 0, 9. Таким образом, угол клина, обеспечивающий сохранность распора после снятия внешней нагрузки, должен быть при на наименьшем возможном коэффициенте трения - менее 7 С, а при наибольшем коэффициенте трения - менее 8 С. В Таблице 1 приведены параметры выпуклых многогранников, к форме которых можно условно отнести зерна щебня и разделить их по расклинивающей способности. С учетом углов между ребрами, условиям создания и сохранения защемления удовлетворяют зерна кубовидной формы и тем более додекаэдральной и шарообразной форм.

3 Практически разделить щебень по расклинивающей способности удается с использованием зависимости объема зерна (V ) от его размера (D), определяемого диаметром отверстия сита, через которое оно проходит. 3 V = k * D, где k - коэффициент угловатости. В таблице 1 значения этого коэффициента рассчитаны для зерен правильной геометрической формы с одинаковыми ребрами. Чем меньше углы между ребрами и коэффициент угловатости, тем выше расклинивающая способность. Для клинца щебня клиновидно тетраэдральной формы величина этого коэффициента должна быть менее 0,3. Таким образом, установление принадлежности щебенки к клинцу сводится к измерению ее минимального размера, ограничивающего прохождение через сито ( D, см), ее массы ( M, г), и плотности камня ( γ,г/см). M Коэффициент угловатости зерна рассчитывается по формуле k =. 3 γ * D Практически определять содержание клинца в щебне рекомендуется после стандартного определения содержания лещадных и игловатых зерен на составляющей материала, освобожденной от этих зерен. При этом для каждого зерна определяется размер зерна с помощью шаблонов с круглыми отверстиями (либо штангельциркулем), его масса и по формуле рассчитываются коэффициенты угловатости. Отношение массы зерен с коэффициентом менее 0,3 к общей массе определяет содержание клинца, которое по предварительным данным должно быть не менее 15%. Нормативное ограничение содержания зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой форм, существенно затрудняющих уплотнение, и создающее защемления в щебеночном слое, связано, прежде всего, с технологическими возможностями дробильных установок. СНиП I-Д.-70, ориентированные на передовой зарубежный опыт, ограничивали их содержание в щебне для дорожных оснований до 5%. Однако массовое использование в те годы щековых дробилок, дававших выход этих зерен до 34%, потребовало исправления этого норматива в СНиП до 35%. В настоящее время при массовом применении конусных дробилок, дающих выход этих зерен от 8% до %, норматив 5% требует возобновления его действия. При выборе месторождения изверженных пород для изготовления щебня с повышенным содержанием клинца предпочтительнее порода с крупнозернистой структурой, так как при дроблении отдельных зерен образуются угловатые щебенки. В этом аспекте в условиях Северо-запада России, наиболее эффективно Выборгское месторождение крупнозернистых и среднезернистых гранитов. Горная порода рапакиви, в переводе с финского языка гнилой камень, характеризуется крупнозернистой и среднезернистой структурой с несколько ослабленными межзерновыми связями. Марка щебня по дробимости 800. Несмотря на пониженную прочность, выполненные из этих гранитов конструкции: набережные Санкт-Петербурга, колонны Исаакиевского собора, Александровская колонна на Дворцовой площади и другие весьма и весьма долговечны. Для натурных исследований защемления были использованы гранитные каменные материалы ЗАО «Выборгское карьероуправление». Марка щебня по дробимости 800, содержание зерен лещадной и игловатой форм от 8% до 0%,содержание клинца от 16% до 0%. Основание устраивали из щебеночно - песчаной смеси с размерами зерен от 0мм до 80мм (смесь С-9 по ГОСТ ). Остаточную пористость слоя и возникающий в нем распор измеряли в укатываемом слое методами, изложенными в работах [1, ]. Результаты определения показателей после 4, 8, 16 и 3 проходов катка «DYNAPAC» массой 9 тонн, представлены в Таблице.

4 Таблица Число проходов виброкатков Остаточная пористость, % Горизонтальный распор, МПа при диаметре закладной детали, мм Среднее значение горизонтального распора, МПа ,041 0,04 0,039 0,040 0, ,041 0,055 0,054 0,048 0, ,055 0,063 0,093 0,058 0, ,075 0,071 0,100 0,084 0,08 Полученные данные свидетельствуют о достижении требуемого бокового распора и дополнительно обосновывают ранее разработанные нормативы остаточной пористости [1]. Частный, не менее важный вывод для Северо-западного региона нашей страны это высокая эффективность использования для дорожных оснований щебня изверженных пород марки 800. Важнейшее условие для надлежащего уплотнения щебеночного слоя это наличие песка низлежащего слоя. Песок низлежащего слоя должен иметь степень неоднородности по ГОСТ 5100 более 3. Функции песка проявляются во взаимосвязи со следующими факторами: повышенная жесткость песка обеспечивает в укатываемом слое напряженное состояние, требуемое для уплотнения и заклинки; повышенная сдвигоустойчивость предотвращает образование колеи; взаимопроникновение щебня и песка на границе раздела слоев повышает плотность материалов и улучшает условия их уплотнения. Этому способствует использование тяжелой виброуплотняющей техники. Взаимопроникновение материалов особенно важно при устройстве щебеночного основания по способу заклинки, когда пустоты в щебне заполняются лишь в верхней части, а в нижней зоне, наиболее ответственной за работу на растяжение при изгибе, щебень может остаться рыхлым и не выполнять предназначенные ему функции несущего слоя. Взаимопроникновению материалов под воздействием уплотняющих нагрузок может сопутствовать процесс защемления, если этой способностью обладает песок. Создание распора в песке средней крупности со степенью неоднородности 4 устанавливали при уплотнении песчаного слоя виброкатком массой 16 тонн. Распор в песке, установленный так же, как и в щебне, составлял после 6 проходов катка - 0,015МПа, а после 1 проходов 0,0МПа. При устройстве дополнительных слоев основания из однородных песков со степенью неоднородности менее 3 в соответствии с требованиями МОДН -001 предусматривают укладку защитных технологических слоев из щебеночно гравийно песчаных смесей, отсевов дробления изверженных пород гравелистых или крупных песков оптимального состава. Эти слои, способствуя уплотнению однородных песков, выполняют так же и вышеприведенные функции песка, необходимые для уплотнения несущего щебеночного слоя основания. Недостаток устройства щебеночных слоев из однофракционного щебня по способу заклинки неравномерная плотность по глубине все в большей степени входит в несоответствие с прогрессом развития конструктивных и технологических решений в связи с ростом автомобильных нагрузок и необходимостью утолщения конструктивных слоев, а также расширенным внедрением высокоэффективной виброуплотняющей техники. В частности, в соответствии с нормативными отечественными правилами максимальная толщина щебеночного слоя, укладываемого в один слой за период с 1946 по 1983 годы, увеличилась в раза с 15см до 30см. Этот недостаток уменьшается при замене однофракционного щебня двух- и многофракционными материалами с более высокой начальной плотностью ориентировочно на величину от 6% до 35%.

5 В условиях Северо-запада России наиболее приемлема замена щебня фракции 40-70мм на фракцию 0-70мм с сохранением традиционного способа заклинки и на щебеночно-песчаные смеси С4, С5, С9 по ГОСТ Опытно-производственное строительство оснований из гранитного щебня фракции 0-70мм было выполнено ЗАО «ПО «Возрождение» при научно-методическом сопровождении Санкт-Петербургского филиала СОЮЗДОРНИИ. Щебень марки по дробимости 800 (легкоуплотняемый в соответствии с СНиП ) с содержанием клинца от 16% до 0%, и зерен пластинчатой и игловатой форм от 8% до 0% изготавливается на дробильно-сортировочной установке чешской фирмы ALTA с включением в технологическую схему конусных дробилок. При устройстве основания на однородных песках дополнительного слоя основания укладывали защитные слои толщиной 8см из гранитных отсевов. Технология устройства щебеночного основания методом заклинки принята в соответствии со СНиП , при этом для расклинки применяли гранитные отсевы, соответствующие по составу смесям С1, С13 по ГОСТ Основание укатывали виброкатком массой 1 тонн, задавая не менее 0 проходов по каждому следу. Укатанное основание испытывали местным нагружением колесом грузового автомобиля. При выполнении вышеприведенных требований модули упругости слоя щебеночного основания были не менее 450 МПа, что соответствует расчетно-нормативным показателям МОДН Технико-экономическая эффективность замены трудноуплотняемого гранитного щебня на щебеночнопесчаные смеси подтверждается при строительстве Кольцевой автомобильной дороги вокруг Санкт- Петербурга и дороги «Кола». Научно-методическое сопровождение осуществляет ФГУП СОЮЗДОРНИИ. Дальнейшее развитие технических требований к форме зерен дорожного щебня должно увязываться с оценкой его расклинивающей способности. Практикуемая оценка формы зерна по признаку приблизительного равенства его размеров по всем направлениям, его кубовидность, далека от совершенства: этому признаку соответствуют все приведенные в табл. 1 геометрические формы, а зерна кубовидной формы расклинивающей способностью не обладают. Особое значение приобретает оценка расклинивающей способности зерен при целенаправленном развитии дробильной техники для получения дорожного щебня клиновидно тетраэдральной формы. Список используемой литературы: [1] Методические рекомендации по повышению качества дорожных оснований из щебня различных пород. А.О.Салль, Ю.М.Васильев, В.М.Юмашев. Минтрансстрой, СОЮЗДОРНИИ, М., 1980 год. [] Возможности и пути повышения качества щебеночных оснований. А.О.Салль. Дорожная техника, 00. Каталог-справочник, Л., 00 год. [3] Современное состояние вопроса о расчете дорожных одежд. Труды ДОРНИИ, выпуск 1. Сборник Исследования методов расчета толщины дорожных покрытий. Издание ГУМосДора, М., 1938 год. [4] Защемление несвязных слоев в дорожных конструкциях. И.Венцель, Die Strasse 11, 1987 год.

3 КОНСТРУИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ. 3.1 Конструирование оснований дорожных одежд капитального типа

3 КОНСТРУИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ. 3.1 Конструирование оснований дорожных одежд капитального типа

3 КОНСТРУИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ 3.1 Конструирование оснований дорожных одежд капитального типа Слои основания из горячего пористого крупнозернистого асфальтобетона. Его устраивают в верхней

Правильный выбор каменных материалов для дорожных оснований определяется во взаимосвязи с их свойствами и достижением максимальной плотности и жесткости уложенного слоя. Существующее на протяжении нескольких десятилетий условие, определяющее выбор материалов "Чем прочнее щебень, тем устойчивее основание" было опровергнуто разработками СОЮЗДОРНИИ [1].

По новой концепции щебеночные материалы были разделены на две разновидности: легкоуплотняемые и трудноуплотняемые (СНиП 3.06.03-85). При этом легкоуплотняемые материалы из менее прочного камня позволяют достичь меньшей остаточной пористости и более высоких расчетно-нормативных показателей модуля упругости (ВСН 46-83, МОДН 2-2001) и, следовательно, являются наиболее предпочтительными. Эффект более высокой жесткости слоев из легкоуплотняемого щебеночного материала обусловлен также повышенной плотностью контактов зерен и их самозаклинкой [1,2].

Для достижения расчетно-нормативных значений модуля упругости, слой из легкоуплотняемого щебня следует уплотнять до достижения остаточной пористости 14%, а слой из трудноуплотняемого щебня до 20%. При этом, после предусмотренной СНиПом 3.06.03-85 укатки требуется дополнительное доуплотнение за счет прохода по основанию дорожного покрытия не менее 1000 автомобилей средний и большой грузоподъемности с регулированием движения по ширине [1]. В настоящее время при широком внедрении высокоэффективной виброуплотняющей техники доуплотнение слоя целесообразно заменить увеличением числа проходов вибрационного катка. В частности, при применении виброкатка массой не менее 9 тонн число проходов по каждому следу должно быть увеличено до 20-30.

Менее изучено влияние формы зерен щебня на достижение более высокой плотности и жесткости. Уделяя большое значение заклинке и взаимозаклинке зерен щебня, механику этих процессов в уплотняемом щебеночном слое практически не исследовали.

При уплотнении в щебеночном слое возникает зацепление зерен. Этот постоянно действующий боковой распор придает слою способность воспринимать растягивающие напряжения ("кажущаяся" монолитность), повышает жесткость слоя при работе на изгиб и сдвигоустойчивость в условиях воздействия автомобильных нагрузок. Щебеночные материалы без использования вяжущих могут быть применены для устройства несущей части основания, обеспечивающей прочность дорожной одежды, только при условии реализации этой способности. Первичные данные определения этого распора и взаимосвязи его с жесткостью приведены в работе "Возможности и пути повышения качества щебеночных оснований." [2] Ниже приведена физико-геометрическая модель процесса заклинки зерен.

По предварительным априорным данным значение распора, действующего в щебеночном покрытии, составляет от 0,2 до 0,5 МПа [3], а в щебеночном основании от 0,05 до 0,1 МПа [4]. С учетом того, что при длительном непосредственном воздействии автотранспорта на щебеночный слой распор существенно возрастает, эти данные не являются противоречивыми.

При внедрении в упруго-пластическую среду клиновидного зерна под действием вертикальной нагрузки F (см. рис. 1) по поверхности клина возникают две составляющие силы: касательная T= F/2*cos(α/2) и перпендикулярная к ней нормальная H=F/2*(cos 90°-α/2). Клин внедряется в среду, если касательная составляющая больше силы трения скольжения F/2*cos(α/2) > F/2*(cos 90°- α/2)*ƒc или ƒc*tg(α/2) < 1, где ƒc - коэффициент трения скольжения камня о камень, а α - угол клина.

Коэффициент трения скольжения ƒc в зависимости от вида породы , шероховатости поверхности и увлажненности может изменяться в широких пределах: ƒc =0,55-0,8. Таким образом, угол клина α, обеспечивающий возможность внедрения клина в уплотняемый слой, должен быть при наименьшем коэффициенте трения - менее 122°, а при наибольшем ƒc - менее 103°.

Форма зерна

Вид граней (число граней)

Угол между ребрами

Коэффициент угловатости

Равносторонний треугольник (4)

Равносторонний треугольник (8)

Трехгранная прямая призма (клин)

Равносторонний треугольник (2)

Равносторонний пятиугольник (12)

При предельном внедрении клиновидного зерна и снятии внешней нагрузки F между этим зерном и средой возникает распор P и его составляющие силы на контакте: касательная Tp=P*cos(90°-α/2) и нормальная Hp=P*cos(α/2) возникает в связи с тем, что коэффициент трения покоя больше касательной составляющей P*cos(α/2)*ƒn > P*cos(90°-α/2) или ƒn > tg(α/2) или ƒn>tg(α/2), где ƒn - коэффициент трения покоя камня о камень.

Коэффициент трения покоя ƒn в зависимости от вида породы и шероховатости поверхностей может изменяться в широких пределах: ƒn = 0,75-0,9. Таким образом, угол клина α, обеспечивающий сохранность распора после снятия внешней нагрузки, должен быть при на наименьшем возможном коэффициенте трения - менее 72°, а при наибольшем коэффициенте трения - менее 82°.

В табл. 1 приведены параметры выпуклых многогранников, к форме которых можно условно отнести зерна щебня и разделить их по расклинивающей способности. С учетом углов между ребрами, условиям создания и сохранения защемления удовлетворяют зерна кубовидной формы и тем более додекаэдральной и шарообразной форм.

Практически разделить щебень по расклинивающей способности удается с использованием зависимости объема зерна (V) от его размера (D), определяемого диаметром отверстия сита, через которое оно проходит.

V=k*, где k - коэффициент угловатости. В табл. 1 значения этого коэффициента рассчитаны для зерен правильной геометрической формы с одинаковыми ребрами. Чем меньше углы между ребрами и коэффициент угловатости, тем выше расклинивающая способность. Для клинца щебня клиновидно - тетраэдральной формы величина этого коэффициента должна быть менее 0,3. Таким образом, установление принадлежности щебенки к клинцу сводится к измерению ее минимального размера, ограничивающего прохождение через сито (D, см),ее массы(M, г), и плотности камня(γ, г/см). Коэффициент угловатости зерна рассчитывается по формуле k=M/(γ* D³).

Практически определять содержание клинца в щебне рекомендуется после стандартного определения содержания лещадных и игловатых зерен на составляющей материала, освобожденной от этих зерен. При этом для каждого зерна определяется размер зерна с помощью шаблонов с круглыми отверстиями (либо штангельциркулем), его масса и по формуле рассчитываются коэффициенты угловатости. Отношение массы зерен с коэффициентом менее 0,3 к общей массе определяет содержание клинца, которое по предварительным данным должно быть не менее 15%.

Нормативное ограничение содержания зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой форм, существенно затрудняющих уплотнение, и создающее защемления в щебеночном слое, связано, прежде всего, с технологическими возможностями дробильных установок. СНиП I-Д.2-70, ориентированные на передовой зарубежный опыт, ограничивали их содержание в щебне для дорожных оснований до 25%. Однако массовое использование в те годы щековых дробилок, дававших выход этих зерен до 34%, потребовало исправления этого норматива в СНиП 2.05.02-85 до 35%. В настоящее время при массовом применении конусных дробилок, дающих выход этих зерен от 8% до 22%, норматив 25% требует возобновления его действия.

При выборе месторождения изверженных пород для изготовления щебня с повышенным содержанием клинца предпочтительнее порода с крупнозернистой структурой, так как при дроблении отдельных зерен образуются угловатые щебенки. В этом аспекте в условиях Северо-запада России, наиболее эффективно Выборгское месторождение крупнозернистых и среднезернистых гранитов «Эркиля». Горная порода "рапакиви", в переводе с финского языка "гнилой камень", характеризуется крупнозернистой и среднезернистой структурой с несколько ослабленными межзерновыми связями.

Марка щебня крупных фракций по дробимости - "800". Несмотря на пониженную прочность, выполненные из этих гранитов конструкции: набережные Санкт-Петербурга, колонны Исаакиевского собора, Александровская колонна на Дворцовой площади и другие - весьма и весьма долговечны.

Для натурных исследований защемления были использованы гранитные каменные материалы ЗАО «Выборгское карьероуправление». Марка щебня по дробимости - "800", содержание зерен лещадной и игловатой форм от 8% до 20% ,содержание клинца от 16% до 20%. Основание устраивали из щебеночно - песчаной смеси с размерами зерен от 0мм до 80мм (смесь С-9 по ГОСТ 25607-94). Остаточную пористость слоя и возникающий в нем распор измеряли в укатываемом слое методами, изложенными в работах [1, 2]. Результаты определения показателей после 4, 8, 16 и 32 проходов катка «DYNAPAC» массой 9 тонн, представлены в табл. 2.

Число проходов виброкатков

Остаточная пористость, %

Горизонтальный распор, МПа

при диаметре закладной детали, мм

Среднее значение горизонтального распора, МПа

Полученные данные свидетельствуют о достижении требуемого бокового распора и дополнительно обосновывают ранее разработанные нормативы остаточной пористости [1]. Частный, не менее важный вывод для Северо-западного региона нашей страны - это высокая эффективность использования для дорожных оснований щебня изверженных пород марки "800".

Важнейшее условие для надлежащего уплотнения щебеночного слоя - это наличие песка низлежащего слоя. Песок низлежащего слоя должен иметь степень неоднородности по ГОСТ 25100 более 3. Функции песка проявляются во взаимосвязи со следующими факторами:

- повышенная жесткость песка обеспечивает в укатываемом слое напряженное состояние, требуемое для уплотнения и заклинки;

- повышенная сдвигоустойчивость предотвращает образование колеи;

- взаимопроникновение щебня и песка на границе раздела слоев повышает плотность материалов и улучшает условия их уплотнения. Этому способствует использование тяжелой виброуплотняющей техники.

Взаимопроникновение материалов особенно важно при устройстве щебеночного основания по способу заклинки, когда пустоты в щебне заполняются лишь в верхней части, а в нижней зоне, наиболее ответственной за работу на растяжение при изгибе, щебень может остаться рыхлым и не выполнять предназначенные ему функции несущего слоя. Взаимопроникновению материалов под воздействием уплотняющих нагрузок может сопутствовать процесс защемления, если этой способностью обладает песок.

Создание распора в песке средней крупности со степенью неоднородности 4 устанавливали при уплотнении песчаного слоя виброкатком массой 16 тонн. Распор в песке, установленный так же, как и в щебне, составлял после 6 проходов катка - 0,015МПа, а после 12 проходов - 0,02МПа.

При устройстве дополнительных слоев основания из однородных песков со степенью неоднородности менее 3 в соответствии с требованиями МОДН 2-2001 предусматривают укладку защитных технологических слоев из щебеночно - гравийно - песчаных смесей, отсевов дробления изверженных пород гравелистых или крупных песков оптимального состава. Эти слои, способствуя уплотнению однородных песков, выполняют так же и вышеприведенные функции песка, необходимые для уплотнения несущего щебеночного слоя основания.

Недостаток устройства щебеночных слоев из однофракционного щебня по способу заклинки "неравномерная плотность по глубине" все в большей степени входит в несоответствие с прогрессом развития конструктивных и технологических решений в связи с ростом автомобильных нагрузок и необходимостью утолщения конструктивных слоев, а также расширенным внедрением высокоэффективной виброуплотняющей техники. В частности, в соответствии с нормативными отечественными правилами максимальная толщина щебеночного слоя, укладываемого в один слой за период с 1946 по 1983 годы, увеличилась в 2 раза с 15см до 30см. Этот недостаток уменьшается при замене однофракционного щебня двух- и многофракционными материалами с более высокой начальной плотностью ориентировочно на величину от 6% до 35%.

В условиях Северо-запада России наиболее приемлема замена щебня фракции 40-70мм на фракцию 20-70мм с сохранением традиционного способа заклинки и на щебеночно-песчаные смеси С4, С6, С9 по ГОСТ 25607-94. Опытно-производственное строительство оснований из гранитного щебня фракции 20-70мм было выполнено ЗАО «ПО «Возрождение» при научно-методическом сопровождении Санкт-Петербургского филиала СОЮЗДОРНИИ. Щебень марки по дробимости "800" (легкоуплотняемый в соответствии с СНиП 3.06.03-85) с содержанием клинца от 16% до 20%, и зерен пластинчатой и игловатой форм от 8% до 20% изготавливается на дробильно-сортировочной установке чешской фирмы "DSP Prerov" с включением в технологическую схему конусных дробилок. Оборудование используемое на карьерах Донщебня во много раз эффективнее. При устройстве основания на однородных песках дополнительного слоя основания укладывали защитные слои толщиной 8см из гранитных отсевов. Технология устройства щебеночного основания методом заклинки принята в соответствии со СНиП 3.06.03-85, при этом для расклинки применяли гранитные отсевы, соответствующие по составу смесям С12, С13 по ГОСТ 25607-94. Основание укатывали виброкатком массой 12 тонн, задавая не менее 20 проходов по каждому следу. Укатанное основание испытывали местным нагружением колесом грузового автомобиля. При выполнении вышеприведенных требований модули упругости слоя щебеночного основания были не менее 450 МПа, что соответствует расчетно-нормативным показателям МОДН 2-2001.

Технико-экономическая эффективность замены трудноуплотняемого гранитного щебня на щебеночно - песчаные смеси подтверждается при строительстве "Кольцевой автомобильной дороги" вокруг Санкт-Петербурга и дороги «Кола». Научно-методическое сопровождение осуществляет ФГУП "СОЮЗДОРНИИ" и ЗАО "Петербург-Дорсервис".

Дальнейшее развитие технических требований к форме зерен дорожного щебня должно увязываться с оценкой его расклинивающей способности. Практикуемая оценка формы зерна по признаку приблизительного равенства его размеров по всем направлениям, его "кубовидность", далека от совершенства: этому признаку соответствуют все приведенные в табл. 1 геометрические формы, а зерна кубовидной формы расклинивающей способностью не обладают. Особое значение приобретает оценка расклинивающей способности зерен при целенаправленном развитии дробильной техники для получения дорожного щебня клиновидно - тетраэдральной формы.

Список используемой литературы:

[1] "Методические рекомендации по повышению качества дорожных оснований из щебня различных пород". А.О.Салль, Ю.М.Васильев, В.М.Юмашев. Минтрансстрой, СОЮЗДОРНИИ, М., 1980г.

[2] "Возможности и пути повышения качества щебеночных оснований". А.О.Салль. Дорожная техника, 2002. Каталог-справочник, Л., 2002г.

[3] "Современное состояние вопроса о расчете дорожных одежд". Труды ДОРНИИ,

выпуск 1. Сборник "Исследования методов расчета толщины дорожных покрытий". Издание ГУМосДора, М., 1938г.

[4] "Защемление несвязных слоев в дорожных конструкциях". И.Венцель, Die Strasse №11, 1987г.

Статья опубликована в журнале «МИР ДОРОГ» №14, 15, 16 за 2005г.

Читайте также: