Zemstroyplan.com

Дороги — извечная проблема для России. Сколько анекдотов и поговорок им посвящалось, сколько государственных и региональных программ пытались улучшить их качество. Последнее, впрочем, как было, так и остаётся очень плохим. И дело даже не в том, что не хватает денег на хорошие дороги или мы не умеем их строить. Возводить дорогие автомагистрали мы все-таки научились. А вот поддерживать их в удовлетворительном состоянии способны лишь два-три года — не больше. Затем покрытие дороги начинают «бороздить» продольные и поперечные трещины, и оно разрушается.

Причины, по которым дороги быстро приходят в негодность, в основном известны. К ним в первую очередь относятся:

• слабая прочность основания и верхнего покрытия дороги;
• достижение предельного напряженно-деформированного состояния конструкции дороги в результате механических и температурных воздействий;
• плохое качество строительства и эксплуатации дорог.

Известны и способы исключения этих причин. Правда, при нашей Российской культуре возведения дорог они чаще всего не используются. Никто не может объяснить, почему в большинстве случаев асфальтовое покрытие выполняется именно в то время, когда идет дождь и основание будущей дороги сильно увлажнено, что не способствует повышению её долговечности. Прочность, деформативность и способность воспринимать сдвиговые нагрузки покрытием поддаются расчету и должны быть обеспечены при проектировании конструкции дороги.

Имеется еще одна причина, на которую не обращают внимание при проектировании и строительстве. Это локальное или обширное механическое воздействие на конструкцию дороги со стороны основания в результате образования ледяных линз или пучинистости грунта.

Вследствие увлажнения грунта в основании при пониженной температуре образуются водяные линзы, которые замерзают, увеличиваются в объеме и с огромной силой давят на верхнее покрытие. В результате появляются локальные разрушения, которыми изобилуют наши дороги особенно в весенний период, когда интенсивность появления водяных линз и их замерзание увеличиваются. Косметический ремонт не спасает, поскольку в очередной осенне-весенний период процесс повторяется.

Сильное разрушение покрытия наблюдается, когда в основании имеются пучинистые грунты, которые при увлажнении и последующем замерзании увеличиваются в объеме и давят на конструкцию дороги. Увеличение объема пучинистых грунтов по длине и ширине дороги неравномерное. Поэтому на поверхности появляются трещины: продольная — в середине и множество поперечных. Нередко возникает местное поднятие поверхности дороги. Прошедшей зимой такой процесс можно было наблюдать на ул. Ново-Садовой в Солнечном микрорайоне, когда грунт в основании был увлажнён в результате аварии на водоводе. Летом с уменьшением влажности грунта ранее поднятые участки опускаются и происходит разрушение материала покрытия.

Приведенный процесс разрушения дорог в основном изучен. Иногда для его исключения пучинистые грунты убирают и заменяют насыпным песчаным или другим основанием. Такое мероприятие значительно увеличивает стоимость дороги, но не исключает появления локальных водяных линз. Создание прочных бетонных оснований в суровых условиях российского климата не решает данную проблему. Усилия воздействия на покрытие настолько велики, не одинаковы по площади и по времени, что пока не удалось разработать надёжную и экономически приемлемую конструкцию бетонного основания. Применение современного материала — геотекстиля — улучшает условия эксплуатации дорог, но не в такой значительной степени, как хотелось бы.

Для предотвращения появления рассмотренной причины разрушения дорог необходимо постараться устранить источник её возникновения. А источниками возникновения ледяных линз и увеличения объема пучинистых грунтов являются повышенная влажность и отрицательная температура в основании. В некоторых развитых странах основание дорог высшей категории отапливают с помощью электричества. Мероприятие чрезвычайно дорогое и не нашедшее понимания у россиян.

Однако предотвратить увлажнение грунта и его промерзание можно путем введения в конструкцию дорожного покрытия специального материала, обладающего одновременно гидроизоляционными и теплоизоляционными свойствами. Естественно, он должен иметь хорошие прочностные и деформативные характеристики. К таким материалам относится экструзионный вспененный полистирол — пеноплекс. Его отечественное производство организовано в Ленинградской области. Он имеет закрытую ячеистую структуру с плотностью 30-40 кг/м3, теплопроводностью 0,025-0,03 Вт/м2 ºС и водопоглощением менее 0,03 % в течение 24 часов. Изготавливается плитами шириной 600 мм и длиной 1250, 2500, 4000 и 4500 мм. Толщина плит — от 30 до 100 мм. Пеноплекс плотностью 40 кг/м3 способен выдерживать нагрузку до 65000 кгс/м2 при 10-процентной линейной деформации. Хорошо воспринимает динамические нагрузки.

В конструкции дорог играет роль гидроизоляционного и теплоизоляционного материала, задача которого — не пропустить внешние воды в основание и предотвратить промерзание. Плита пеноплекса толщиной 100 мм предохраняет основание от промерзания при температуре наружного воздуха до -40 ºС. Гидро- и теплоизоляция дороги предотвращают появление ледяных линз и увеличение объема пучинистых грунтов, тем самым исключают возможность возникновения силовых воздействий на покрытие со стороны основания. Плиты из пеноплекса укладывают между основанием и бетонной подготовкой. Ширина плит должна быть на 10 — 15 % больше ширины дорожного покрытия.

В Канаде, некоторых европейских и скандинавских странах уже накоплен значительный опыт строительства и эксплуатации дорог с применением пеноплекса.

Небольшой опыт имеется и у нас в России. Например, в течение 12 лет проводились наблюдения за участком дороги Омск — Новосибирск, при возведении которой использовался пеноплекс толщиной 50 и 100 мм. Экспериментальный участок оборудовали постами наблюдения за водно-тепловым режимом дорожного покрытия и основания с гидротеплоизолирующим слоем из пеноплекса и без такового. Район строительства характеризуется сезонным промерзанием грунтов, морозными зимами и жарким летом.

В результате исследования экспериментального участка выяснилось, что при толщине теплоизолирующих плит 100 мм промерзание грунта по оси проезжей части не наблюдалось, в то время как на обочине дороги промерзание составило 1800, 2500 мм. На участке дороги без теплоизолирующего слоя промерзание грунта по оси проезжей части составило 2500 мм. Результаты нивелирования осадочных марок показали, что пучение грунтов под проезжей частью с теплоизоляцией составило 5 — 20 мм, а на обочине этого участка — 130 мм. За 12 лет эксплуатации дороги пеноплекс практически не изменил свои свойства.

Применение плит из пеноплекса позволяет снизить высоту насыпи до 0,9 м по сравнению с типовым решением. Анализ работы дорог показывает, что при толщине плит 100 мм оседание дороги за 3 года эксплуатации практически не наблюдается, тогда как на контрольном участке обычной конструкции оседание достигало 30 см.

Итак, устройство теплоизолирующего и гидроизолирующего слоя из экструзионного вспененного полистирола — пеноплекса — позволяет исключить появление водяных линз, ограничить до минимума или исключить полностью пучинистость грунта под покрытием, стабилизировать процесс или полностью исключить поднятие и опускание покрытия и повысить долговечность дорог.

Автор: Владимир Зубков, руководитель испытательного центра “Самарастройиспытания”, к.т.н., доцент кафедры МДК СамГАСА