Содержание материала

Строительство дорог – наша профессия.

«Бородатый» анекдот о России утверждает, что у нас неискоренимы две проблемы.
Вторая из них – плохие дороги.
Как профессионалы, мы хотим изменить это расхожее мнение результатами нашей работы.

Любая практика не может существовать без опоры на фундамент теории. Строительство дорог не является исключением.

Так дорожное строительство это просто или очень сложно? Давайте разбираться.

Так дорожное строительство это просто или очень сложно?

Содержание статьи:
  1. Подготовительные работы:
    • технический проект;
    • рабочие чертежи;
    • техно-рабочий проект.
  2. Основные работы:
    • проложение трассы дороги на местности;
    • вынос и привязка контрольных точек;
    • создание насыпи (земляного полотна);
    • дорожные одежды;
        конструктивные слои;
        структура;
        конструирование и расчет;
        примеры (схема) конструкций дорожных одежд;
        материалы;
        минимальные толщины материалов.
  3. Зарубежный опыт.
  4. Источники.

Подготовительные работы.

Включают в себя комплекс проектных, проектно-расчетных и расчетных работ:

  • оценку гидрологических и гидрогеологических условий местности;
  • проектирование и расчет поверхностного и подземного водоотвода, дорожных канав и дренажа;
  • учет снегозаносимости;
  • создание продольного профиля и контрольных точек дороги;
  • расчет выемок и насыпей;
  • расчет устойчивости земляного полотна;
  • проектирование и расчет дорожного полотна и дорожных одежд;
  • создание проектно-сметной и сводно-сметной документации;
  • учет всех мер безопасности и природно-охранных мероприятий.

Проектирование при новом строительстве, реконструкции и капитальном ремонте дорог общего пользования регламентируется ГОСТ 33100-2014. ДОРОГИ АВТОМОБИЛЬНЫЕ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ. Правила проектирования автомобильных дорог.
Правила проектирования распространяются также на платные дороги.

Полный текст данного документа в формате PDF объемом 3,5 Мб можно скачать здесь.

Следует обратить внимание, что сложные дорожные проекты разрабатываются в два этапа (двухстадийное проектирование):

  • технический проект, составляемый на основе предварительных инженерных изысканий (технические изыскания);
  • рабочие чертежи, разрабатываемые на основе окончательных инженерных изысканий (предпостроечных изысканий).

Проектирование относительно простых, технически несложных дорог, а также объектов, на которых широко используются типовые и повторно применяемые, оправдавшие себя в эксплуатации, экономичные индивидуальные проекты, осуществляют в одну стадию, сразу разрабатывая техно-рабочий проект.

Пример оформления поперечного профиля конструкции земляного полотна и дорожной одежды автомобильной дороги с нежестким покрытием можно посмотреть на рисунке М.1 (страница 29) ГОСТ 21.701-2013 (СПДС. Правила оформления рабочей документации автомобильных дорог).

Полный текст ГОСТ 21.701-2013 в формате PDF объемом 4,3 Мб можно скачать здесь.


Основные работы.

После проведения подготовительных работ, всех согласований и утверждений, выполняется проложение трассы дороги на местности, вынос и привязка контрольных точек. Даже в любом садовом товариществе привязка должна проводится по координатам GPS, утвержденным в документации.

По контрольным точкам начинается отсыпка и выемка грунта, создается насыпь – земляное полотно (подстилающий грунт). Под действием собственного веса, давления проезжающих транспортных средств и попеременного увлажнения и просыхания разрыхленный при разработке грунт в насыпях постепенно уплотняется. Еще сравнительно недавно дорожные насыпи возводили с запасом на естественную осадку, которая достигалась только спустя несколько лет. Требуется несколько влажных сезонов года, чтобы осадки грунта практически прекратились. При современных методах скоростного дорожного строительства невозможно дожидаться окончания длительного процесса естественного уплотнения грунта в насыпях. Поэтому в ходе отсыпки земляного полотна грунты искусственно уплотняют.

Для обеспечения круглогодичной эксплуатации дороги устраивают дорожную одежду, которая представляет собой уложенную на поверхность земляного полотна твердую монолитную конструкцию из материалов, хорошо сопротивляющихся воздействию климатических факторов и колес транспортных средств. Напряжения, возникающие в дорожной одежде при проезде автомобилей, затухают с глубиной. Это позволяет проектировать и выполнять дорожную одежду как многослойную конструкцию, используя в отдельных её слоях материалы различной прочности в соответствии с величиной действующих усилий и влиянием природных факторов.

Нормативные вертикальные нагрузки от автотранспортных средств и расчетные схемы нагружения дорог устанавливает ГОСТ 32960-2014. Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки. Расчетные схемы нагружения.

Полный текст ГОСТ 32960-2014 в формате PDF объемом 576 кб можно скачать здесь.


Инфографика конструктивных слоев дорожных одежд показана на схеме 1 ниже.
Инфографика конструктивных слоев дорожных одежд


  • 1 – поверхностная обработка;
  • 2 – среднезернистый асфальтобетон;
  • 3 – крупнозернистый асфальтобетон;
  • 4 – щебень, обработанный вяжущими материалами;
  • 5 – щебень;
  • 6 – песок.
В структуре дорожной одежды различают четыре слоя:

1) покрытие – верхний, наиболее прочный, относительно тонкий слой одежды, хорошо сопротивляющийся истирающим, ударным, сдвигающим нагрузкам, воздействию природных факторов.
Обычно покрытие устраивают из наиболее дорогостоящих материалов, из-за чего, ему придают минимально допустимую толщину. Покрытие обеспечивает необходимые эксплуатационные качества дороги (ровность поверхности, высокий коэффициент сцепления).

В конструкции покрытия, помимо основного слоя, обеспечивающего необходимые качества, предусматривается запасной слой (слой износа), не входящий в расчетную толщину и подлежащий периодическому восстановлению в процессе эксплуатации дороги. Сверху покрытий, не обладающих достаточной водонепроницаемостью и сопротивлением истиранию, устраивают тонкие защитные слои (слои поверхностной обработки), используя метод розлива органических вяжущих материалов с последующей засыпкой мелким щебнем, гравием, асфальтовой крошкой. Защищая покрытие от проникновения в него влаги от дождей и при таянии снега, поверхностная обработка способствует повышению его прочности и долговечности. Поверхностную обработку применяют также для повышения шероховатости гладких покрытий в процессе эксплуатации;

2) основание – несущая прочная часть одежды, устраиваемая из каменных материалов или грунта, обработанного вяжущими материалами. Оно предназначено для передачи и распределения давления на расположенные ниже дополнительные слои или на грунт земляного полотна.
Основание не подвергается непосредственному воздействию колес транспортных средств, поэтому для его устройства можно использовать материалы несколько меньшей прочности, чем в покрытии и в слое износа.
Основание может состоять из одного или нескольких слоев.
В последнем случае верхние слои основания устраивают из более прочных материалов. Изолированное при устройстве усовершенствованных покрытий от воздействия поверхностной влаги основание может переувлажняться в результате перемещения влаги снизу вверх из земляного полотна в период зимнего промерзания. Поэтому в России к материалам для устройства основания необходимо предъявлять строгие требования в отношении морозоустойчивости;

3) дополнительные слои основания – создаются из материалов, устойчивых при увлажнении, укладываемые в случае необходимости между основанием покрытия и подстилающим грунтом земляного полотна для снижения требуемой толщины основания и покрытия.
На участках, где земляное полотно сложено из пылеватых, суглинистых и глинистых грунтов, в которых могут развиваться процессы зимнего влагонакопления, вводят дополнительный слой из пористых не теплопроводных материалов – песка, гравия или щебня, который называют дренирующим, противопучинным или морозозащитным. Такой слой предназначен для отвода избыточной воды из верхних слоев земляного полотна, осушения дорожной одежды и повышения прочности грунта земляного полотна;

4) грунт земляного полотна (подстилающий грунт) – тщательно уплотненные и спланированные верхние слои земляного полотна, на которые укладывают слои дорожной одежды.
На подстилающий грунт передается все давление от транспортных нагрузок, поэтому он является весьма ответственным элементом конструкции дорожной одежды. Прочность дорожной одежды может быть обеспечена лишь на однородном, хорошо уплотненном земляном полотне при обеспеченном водоотводе. Повышение сопротивления грунта земляного полотна внешним нагрузкам, его осушение и постоянство водного режима являются наиболее надежными способами увеличения прочности дорожной одежды и снижения её стоимости.

Никакое увеличение толщины слоев каменных материалов не может обеспечить прочность и ровность дорожной одежды, укладываемой на слабом грунтовом основании.

Пример правильного оформления и указания расчета дорожной одежды автомобильной дороги можно посмотреть на рисунке Н.1 (страница 30) ГОСТ 21.701-2013 (СПДС. Правила оформления рабочей документации автомобильных дорог).


Дорожные одежды

Дорожная одежда является самой дорогостоящей частью любой дороги.
Затраты на её устройство иногда достигают 60% общей стоимости строительства.
Подвергаясь непосредственному воздействию транспортных нагрузок и природных факторов, дорожные одежды работают в более тяжелых условиях, чем другие элементы дороги. Дорожная одежда должна быть предохранена от поступления и накопления в ней влаги. Водопроницаемость отдельных конструктивных слоев должна возрастать книзу, а из нижнего пористого слоя, если земляное полотно отсыпано из водонепроницаемых грунтов, обеспечен вывод воды. Поступление влаги из земляного полотна должно быть предотвращено возвышением низа дорожной одежды над возможными источниками увлажнения, устройством водонепроницаемых слоев и т. д.
Проектирование конструкций дорожных одежд состоит из двух последовательно выполняемых этапов – конструирования и расчета, которые взаимосвязаны и не должны противопоставляться друг другу.

В зависимости от реакции при воздействии на них нагрузок, все дорожные одежды условно делят на две группы – нежесткие и жесткие.

Нежесткими называют одежды, обладающие малым сопротивлением к изгибу. К ним относятся практически все типы одежд, кроме цементобетонных, а также асфальтобетонных покрытий и мостовых на цементобетонных основаниях. Большинство конструктивных слоев нежестких одежд не может воспринимать растягивающих напряжений, а сопротивление изгибу и модули упругости слоев зависят от температуры и влажности. Роль этих слоев сводится к распределению давления колес на большую площадь подстилающего грунта и к снижению передающихся на подстилающие грунты удельных нагрузок. Кроме того слои дорожной одежды предотвращают проникание в подстилающий грунт поверхностной воды, которая снижает его сопротивление нагрузкам.

Жесткие одежды имеют один или несколько слоев, обладающих сравнительно большим сопротивлением изгибу и модулями упругости, практически не зависящими от колебаний температуры и влажности. Жесткие одежды работают по принципу плит на упругом основании, распределяя давление от внешней нагрузок на площадь грунта, значительно большую, чем нежесткие.

Проектирование дорожной одежды заключается в выборе для нее наиболее подходящих материалов, исходя из местных ресурсов и логистики работ, в целесообразном назначении размеров отдельных слоев и размещении их по глубине.
Выбрав конструкцию одежды, вначале назначают толщину тех её слоев, размеры которых определяются не столько прочностью одежды, сколько другими базовыми факторами (обеспечение отвода воды, предотвращение пучинообразования, морозоустойчивость, сопротивление износу и т. д.). Затем оптимизируют фактор минимально необходимой толщины, с тем, чтобы общая прочность одежды обеспечивалась за счет слоев из более дешевых материалов. В конструкции дорожной одежды необходимо предусматривать возможность постепенного (стадийного) её усиления укладкой сверху слоев более прочных материалов по мере возрастания интенсивности или изменения состава движения. Верхние слои земляного полотна рассматривают как составной конструктивный элемент одежды, к прочности и однородности которого предъявляются высокие требования.

Опыт показывает, что недостаточная прочность земляного полотна не может быть компенсирована утолщением других слоев дорожной одежды.

Расчет дорожной одежды заключается в обосновании необходимой толщины и устойчивости как всей дорожной одежды в целом, так и отдельных её слоев. Он сводится к обеспечению равнопрочности всех сравниваемых вариантов одежды и соответствия их заданным условиям движения.
Одним из основных требований при назначении вариантов дорожных одежд является учет в каждом конкретном случае местных грунтовых, гидрологических и климатических условий, влияющих на службу дорожных одежд. Климатические условия влияют на выбор типов дорожной одежды еще в связи с ограничением продолжительности строительного сезона при производстве работ с использованием органических вяжущих материалов.
Так, например, щебеночные и гравийные покрытия, не обработанные органическими вяжущими материалами, лучше работают во влажном, умеренном климате и относительно быстро разрушаются в условиях сухого климата. Московская область относится к влажной климатической зоне России, где широко распространены процессы пучинообразования, поэтому необходимо вводить в конструкцию дорожной одежды специальные противопучинные слои. Определение толщины противопучинного слоя является обязательным элементом расчета дорожных одежд в регионах России с большими глубинами промерзания.

Реальная глубина промерзания в конкретном месте Московской области и глубины промерзания, указанные в нормативных документах (СНиП) могут различаться. И в этом нет ничего необычного. Эта величина зависит от типа грунта, климатических условий, уровня грунтовых вод, влажности грунта, уровня снежного покрова и многих других факторов. Неизменными по времени остаются только тип грунта, да и рельеф местности. Кроме этого, глубина промерзания – статистическая величина.

«Нормативная глубина сезонного промерзания — это средняя из ежегодных наибольших глубин сезонного промерзания за срок не менее 10 лет на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне грунтовых вод ниже глубины сезонного промерзания грунтов».

Если недостаточно данных по глубине промерзания конкретного места, то при строительстве дорог учитывают коэффициент 1.3. Другими словами, глубину промерзания для ответственных сооружений в Московской области принимают равной 1,4*1,3=1,82 м.

Одно из основных требований при выборе конструкции дорожной одежды – максимальное использование местных материалов.
Эта задача имеет большое значение, так как Московская область бедна местными прочными каменными материалами. Дорожное строительство у нас связано с использованием привозного камня, иногда доставляемого за сотни километров по железной дороге. Уменьшение дальности перевозки дорожно-строительных материалов дает возможность существенно снизить стоимость всего строительства.

При отсутствии местных каменных материалов следует устраивать основание из грунтов, укрепленных вяжущими. В последние годы в строительстве находят широкое применение золы уноса ТЭЦ, металлургические шлаки, обладающие цементирующими свойствами, каменные породы из отвалов и многие другие побочные продукты промышленности. Однако следует иметь в виду значительную неоднородность этих материалов и необходимость тщательной их сортировки перед укладкой в дорожную одежду. Многие местные слабые каменные материалы требуют предварительной обработки малыми дозами цемента или органических вяжущих для повышения морозоустойчивости. Вообще, чем слабее и неоднороднее местные материалы, тем большего внимания требуют проектирование и постройка дорожных одежд.

При конструировании дорожных одежд необходимо учитывать технологические особенности их строительства, отдавая предпочтение вариантам конструкций, осуществление которых требует наименьших материальных ресурсов и не связано с необходимостью применения ручного труда. Преимуществом обладают конструкции, наиболее простые при постройке, требующие наименьших материальных затрат и допускающие полную механизацию работ.

Количество конструктивных слоев дорожной одежды не следует увеличивать без явной необходимости, так как это связано с осложнением техно­логического процесса, приводящим к возрастанию стоимости строительства.
При конструировании дорожных одежд, которые предполагается впоследствии no мере возрастания интенсивности движения подвергать усилению, необходимую прочность обеспечивают за счет слоев, которые в дальнейшем будут играть роль основания nокрытия.
Вначале на этих слоях устраивают тонкослойные покрытия или просто слои износа, возобновляемые no мере надобности.


Примеры конструкций дорожных одежд

Примеры конструкций дорожных одежд можно посмотреть на схеме «Инфографика конструкций дорожных одежд» или скачать pdf файл объемом 900 кБ по ссылке здесь.

Инфографика типов конструкций дорожных одежд


Материалы в конструкции дорожной одежды

Материалы в конструкции дорожной одежды располагают по убывающей прочности в соответствии с затуханием по глубине напряжений от временной нагрузки. Следует учитывать жесткость и коэффициент температурного расширения смежных слоев одежды, так как при большом их различии в одежде возникают трещины.
Наиболее целесообразно, чтобы отношение модулей упругости смежных слоев из слабосвязаных материалов не превышало 5-6. Ни в одном из слоев не должно возникать пластических смещений при действии расчетных нагрузок. Поскольку сдвигающие напряжения в одежде убывают с глубиной, то по мере удаления от поверхности, можно укладывать материалы, обладающие все меньшей прочностью и связностью.

Верхние слои основания, в которых возникают значительные напряжения сжатия и сдвига от тяжелых автомобилей, устраивают из материалов, обладающих достаточной прочностью при всех колебаниях температуры и влажности (уплотненный щебень или подобранные по крупности щебеночные или щебеночно-гравийные смеси, обработанные вязким битумом; щебень или гравий, укрепленный цементом).

В нижних слоях оснований нужно в максимальной степени использовать каменные материалы, которые в случаях необходимости сортируют, дробят и укрепляют малыми дозами вяжущих, а также укрепленные грунты.

Отдельные слои дорожной одежды не должны быть тоньше минимальных значений, приведенных ниже, при которых еще обеспечивается их конструктивная прочность.

  • Асфальтобетон, укладываемый в горячем и теплом состоянии, в один слой – 5 см;
  • То же, в два слоя – 7 см;
  • Холодный мелкозернистый асфальтобетон – 3 см;
  • Щебеночные, гравийные материалы и грунты, обрабатываемые органическими вяжущими материалами в установках – 8 см;
  • Щебеночные материалы, обработанные по способу пропитки – 8 см;
  • Те же материалы, обработанные по способу полупропитки – 4 см;
  • Щебеночные и гравийные материалы, обработанные по способу смешения на дороге – 8 см;
  • Грунты и малопрочные каменные материалы, обработанные органическими и неорганическими вяжущими материалами – 10 см;
  • Щебеночные материалы, не обработанные вяжущими на песчаном основании – 15 см;
  • То же, на прочном основании из камня или укрепленного грунта – 8 см;
  • Гравийные материалы, не обработанные вяжущими – 10 см.

Существующая на данный момент (общая) блог-схема технического регулирования в дорожном хозяйстве Российской Федерации, приведена на странице 9 пояснительной записки к первой редакции проекта изменений №1 к своду правил СП 78.13330.2012 «Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85».

Полный текст пояснительной записки к своду правил СП 78.13330.2012 «Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85».в формате PDF объемом 270 кб можно скачать здесь.


Зарубежный опыт

А как нормируют и определяют толщину дорожной одежды за рубежом?

Для обоснования необходимой толщины слоев дорожной одежды в разных странах используют разные методы. За рубежом находят широкое распространение методы, которые основываются на учете практики и опытов по испытаниям прочности дорожных одежд. Вплоть до того, что испытывают прочность интенсивным «прогоном» тяжелых автомобилей по тестируемому покрытию.

Многочисленные методы расчета толщины дорожных одежд, применяемые за рубежом, могут быть условно сведены к следующим трем группам:

1. В ряде стран аналогично методике, принятой в России, исходят из допустимого прогиба дорожной одежды.
Для его определения используют зависимости теории упругости для многослойных систем и учитывают разными способами влияние интенсивности движения. Иногда многослойные одежды приводят к двухслойным, принимая средневзвешенные модули упругости всех слоев с учетом их толщины.

2. Использование графиков эквивалентных толщин дорожных одежд, составленных на основе статистики службы построенных дорог и специальных экспериментов на опытных участках.
В зависимости от суточной интенсивности движения или общего числа автомобилей, которые должны пройти по дороге за межремонтный период, определяют приведенную толщину дорожной одежды. Необходимую толщину отдельных слоев подбирают с учетом коэффициентов приведения слоев из разных материалов к эквивалентной толщине.

В ряде случаев опыты, проводившиеся для построения таких графиков, были грандиозными и выполнялись на специально построенных испытательных полигонах с длительными проездами колонн тяжелых автомобилей до полного разрушения дорожных одежд (испытания, организованные Американской ассоциацией сотрудников дорожных организаций штатов – AASHO, так называемые «опыты Эйшо»).

3. Использование альбомов типовых конструкций равнопрочных дорожных одежд для разных интенсивностей движения.
При этом особое внимание уделяется строгому контролю заданной прочности земляного полотна, проверяемой перед началом укладки дорожной одежды (Япония, ФРГ, Франция).

В зарубежных странах широко используется для характеристики прочности грунтов особый показатель CBR (калифорнийское число несущей способностиCalifornia Beariпg Ratio). Его определяют путем вдавливания штампа в образец грунта или другого материала конструктивных слоев, уплотненного в цилиндрической форме высотой 20 см и диаметром 20 см. Штамп диаметром 5 см вдавливают со скоростью 1,25 мм/мин на глубину 2,5 см. Измеренное давление, поделенное на 100, принимают за характеристику прочности грунта.

При всей простоте этого испытания, по сути являющегося определением модуля деформаций в лабораторных условиях при постоянной для всех материалов глубине вдавливания штампа, оно дает характеристику прочности, которая может являться рабочей величиной проектирования дорожных одежд.

Введенный в практику еще до начала Второй Мировой войны Калифорнийским департаментом транспорта, этот показатель является базовым при дорожном строительстве в Америке и в настоящее время.


Источник: www.consultant.ru