Конструкции автомобильных дорог: материалы, расчет, типовые решения

Слои в конструкции автомобильных дорог

Классификация автомобильных дорог и дорожных одежд

Расчет конструкций дорожных одежд

Типовые конструкции дорожных одежд

Смесительное оборудование для дорожно-строительных проектов

 

Конструкции автомобильных дорог бывают разными. Более того, на двух внешне похожих участках дорог, расположенных, к примеру, на севере и на юге города, в качестве покрытия может выступать один и тот же тип асфальта, а вот отдельные нижележащие слои вполне могут отличаться, например по толщине и применяемому материалу.

Выбор того или иного конструктива зависит от разных факторов — интенсивности движения, категории дороги, типа грунта в земляном полотне и многих других. Главное, чтобы каждый участок выполнял требования национальных стандартов, был безопасен для автомобилистов и обеспечивал достижение нормативного срока службы, который практически для всех асфальтированных дорог составляет 24 года.

 

 

Конструкция любой автомобильной дороги, то есть ее дорожная одежда, состоит из нескольких основных слоев:

 

• Покрытие — верхний, наиболее прочный, но чаще всего наименее тонкий слой, непосредственно воспринимающий основную нагрузку от колес транспорта и погодно-климатических явлений. Может состоять из одного или двух слоев.

• Основание — несущая часть дорожной одежды, предназначенная для передачи и распределения давления от транспорта на нижележащий дополнительный слой основания или рабочий слой земляного полотна. Может быть выражен одним, двумя или даже тремя слоями.

• Дополнительный слой основания — слой, который выполняет дренирующую, морозозащитную или другие функции. Может отсутствовать.

• Рабочий слой земляного полотна (подстилающий грунт) — самый нижний слой конструкции, принимающий на себя всю нагрузку от дорожной одежды. Из каких бы материалов и какой бы толщины не были устроены вышележащие слои, на слабых переувлажненных или недоуплотненных грунтах не может быть создана дорога высокого качества.

 

 

Стандарт ГОСТ Р 59120-2021 «Дороги автомобильные общего пользования. Дорожная одежда. Общие требования» относит к конструктивным слоям еще два слоя — верхние слой износа или защитный слой, и регулирующий слой (теплоизолирующий, армирующий и другой), расположенный под дополнительным слоем основания.

Если бы на вопрос, из каких материалов состоит конструкция «классической» автомобильной дороги, нужно было ответить коротко и просто, то ответ был бы такой: внизу — слой песка, на нем — щебень, а сверху — асфальт. Все. Но в реальности структуру будущей дорожной одежды подбирают с учетом многих факторов: климатических условий, в которых будет проходить трасса; наличия тех или иных строительных материалов в районе устройства дороги; необходимых транспортно-эксплуатационных характеристик; экономических составляющих и других. Понимание основ классификации дорог помогает лучше разобраться в особенностях конструирования дорожных одежд для разных условий эксплуатации.

 

Классификация автомобильных дорог и дорожных одежд

По сопротивлению нагрузкам дорожные одежды разделяют на жесткие и нежесткие. Главными материалами, отражающими характер жестких дорожных одежд, являются монолитный цементобетон или железобетонные плиты. При этом, слой бетона может быть использован как в качестве слоя покрытия, так и в качестве слоя основания, на который укладывают асфальт. В обоих случаях дорожные одежды будут считаться жесткими.

 

Пример конструкции жесткой дорожной одежды с покрытием из щебеночно-мастичного асфальтобетона

 

 

Нежесткие дорожные одежды — наиболее популярные в нашей стране — не содержат в своем составе монолитный цементобетон или железобетонные плиты. Напротив, основным материалом в данном случае практически всегда служит асфальтобетон, созданный по ГОСТам серий 58401 или 58406, то есть «Суперпейв» или «Евроасфальт» соответственно. Такие дорожные одежды, в отличие от жестких, во-первых, обладают сравнительно меньшим сопротивлением изгибу, а, во-вторых, их модуль упругости (деформации) зависит от температуры и влажности.

 

Пример конструкции нежесткой дорожной одежды из проектной документации строительства улицы

 

 

В зависимости от функциональности и расчетной интенсивности движения, автомобильные дороги, расположенные вне населенных пунктов, разделяют на 5 основных категорий, где V — самая низкая, а I — высшая.

 

Соответствие расчетной среднесуточной интенсивности движения категории автомобильной дороги

 

 

Чем выше категория дороги, тем ответственнее объект транспортной инфраструктуры, шире проезжая часть, больше пропускная способность, — все это предполагает использование увеличенного количества слоев дорожной одежды и применения улучшенных материалов, например вместо асфальтобетона — щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА), характеризующегося более высокой прочностью и износостойкостью.

 

Пример конструкции нежесткой дорожной одежды из проектной документации строительства дороги V категории

 

 

Пример конструкции нежесткой дорожной одежды из проектной документации по капитальному ремонту дороги IV категории

 

 

Пример конструкции нежесткой дорожной одежды из проектной документации строительства магистральной улицы

 

 

Что касается классификации улиц, расположенных в черте города, то их разделяют не на категории, а на группы: А, Б, В, Г, Д, Е. В данном случае наиболее нагруженными дорогами являются улицы группы А — магистральные дороги скоростного движения, магистральные улицы общегородского значения непрерывного движения; с наименьшей пропускной способностью — E — улицы в жилой застройке второстепенные, проезды.

 

Пример конструкции нежесткой дорожной одежды из проектной документации строительства проезда

 

 

Соответствие групп улиц категориям автомобильных дорог, расположенных вне населенных пунктов, можно найти в пока что предварительном национальном стандарте ПНСТ 542-2021 «Дороги автомобильные общего пользования. Нежесткие дорожные одежды. Правила проектирования», а также в ГОСТ Р 50597-2017 «Дороги автомобильные и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения. Методы контроля».

 

Основные виды покрытий дорожных одежд

 

 

В зависимости от капитальности, то есть по сути — несущей способности, дорожные одежды разделяют на 4 типа:

• капитальные

• облегченные

• переходные

• низшие

 

Чем выше капитальность конструкции автомобильной дороги, тем более прочные материалы и сложную структуру применяют для ее устройства. Так, если в качестве слоя покрытия дорожных одежд капитального типа в 99% случаев будет выступать асфальтобетон, то на дороге с одеждой переходного типа будет уложен материал менее прочный (с меньшим модулем упругости), например щебеночно-гравийно-песчаная смесь. То есть выбор того или иного типа дорожных одежд напрямую зависит от будущих нагрузок на покрытие, от категории дороги. Соответственно, на дорогах самой низкой категории — V — устраивают дорожные одежды низшего типа, покрытие которых может состоять даже из шлаков, — в соответствии с ГОСТ Р 58818-2020 «Дороги автомобильные с низкой интенсивностью движения. Проектирование, конструирование и расчет».

 

Дорожно-климатические зоны и подзоны

 

 

При конструировании дорожных одежд важное значение имеет дорожно-климатическая зона (ДКЗ), в которой находится или будет находиться будущий участок дороги. Разные ДКЗ характеризуются разными максимальными и минимальными температурами воздуха, количеством осадков, мощностью снегового покрова, глубиной промерзания грунта и так далее, — от этого зависит наличие или отсутствие того или иного слоя в конструкции автомобильной дороги, толщины материалов, применение дополнительных слоев.

 

Сравнение толщин слоев (в см) нежестких дорожных одежд для дорог II категории (4 полосы), расположенных в разных дорожно-климатических зонах. Рабочие слои земляного полотна - суглинки и глины песчанистые

 

 

Подытоживая все вышесказанное: конструкция будущей автомобильной дороги зависит от ее категории, количества полос движения, интенсивности и состава движения, ДКЗ, вида грунта рабочего слоя земляного полотна и его степени увлажнения, наличия и качества дорожно-строительных материалов. При этом, очевидно, расчетные показатели будущего объекта транспортной инфраструктуры должны отвечать требованиям национальных стандартов для конкретной категории дороги. 

 

Расчет конструкций дорожных одежд

Расчет конструкций дорожных одежд — второй, после конструирования, этап проектирования дорог. Предварительно подобранный состав и толщины слоев математически проверяют на прочность при определенном количестве приложений нагрузок за весь нормативный срок службы. В качестве показателя осевой нагрузки принимают: для дорожных одежд капитального типа — 115 кН; облегченного и переходного типа — 110 кН; низшего — 60 кН.

 

Пример конструкции нежесткой дорожной одежды с указанием расчетных характеристик, — из проектной документации строительства подъезда к особой экономической зоне

 

 

Расчет нежестких дорожных одежд на прочность для капитального и облегченного типов выполняют по:

 

• допустимому упругому прогибу

• условию сдвигоустойчивости грунта рабочего слоя и конструктивных слоев из малосвязных материалов

• сопротивлению слоев асфальтобетона усталостному разрушению от растяжения при изгибе

 

Для переходного типа дорожных одежд осуществляют расчет только по первому и второму критерию. Для низшего типа — в соответствии с ГОСТ Р 58818-2020.

Конечно, все расчетные показатели конструкций дорожных одежд, в том числе на морозоустойчивость, осушение, общий модуль упругости (деформации) — должны соответствовать предварительному стандарту ПНСТ 542-2021. Так, в документе указано, что, к примеру, минимально требуемый модуль упругости для капитального типа дорожных одежд составляет: для категории дорог IA и IБ — 330 МПа, для IВ и II — 325 МПа, для III — 310 МПа, и так далее.

  

 

Расчет жестких дорожных одежд выполняют по:

• прочности — сопротивлению бетона на растяжение при изгибе

• условию сдвигоустойчивости грунта рабочего слоя и конструктивных слоев из малосвязных материалов

 

Как и в случае с нежесткими дорожными одеждами, конструкцию проверяют в том числе на морозоустойчивость, осушение, допустимый модуль упругости, — об этом говорит доработанная редакция к проекту предварительного национального стандарта «Дороги автомобильные общего пользования. Нежесткие дорожные одежды. Правила проектирования», размещенная на сайте Технического комитета по стандартизации № 418 «Дорожное хозяйство».

Стоит отметить, что расчет конструкций дорог осуществляют на основании установленных коэффициентов, формул и данных номограмм, представленных в стандартах на проектирование. Это сложный процесс, требующий наличия разных показателей, одни из которых можно найти в таблицах, а другие необходимо рассчитывать.

 

 

Сегодня расчет дорожных одежд осуществляют преимущественно с помощью компьютера — в программах IndorPavement, AvtodorPave, Credo Radon, Топоматик Robur и других. Такой подход позволяет относительно быстро сформировать прочную конструкцию, зная параметры будущего участка дороги — категорию, дорожно-климатическую зону, схему увлажнения, нормативный срок службы, максимальную скорость движения транспорта и многие другие.

Обычно в проектной документации на строительство, реконструкцию или ремонт дороги указывают несколько вариантов будущей дорожной одежды. К примеру, с разными материалами в слоях основания, разной толщиной отдельных слоев конструкции, жестким или нежестким покрытием и другие, — из них выбирают наиболее выгодный с точки зрения экономики.

 

 

Типовые конструкции дорожных одежд

Типовые конструкции жестких дорожных одежд представлены в стандарте ГОСТ Р 59628-2021 «Дороги автомобильные общего пользования. Жесткие дорожные одежды. Типовые конструкции». Более того, в документе указаны не только наименования слоев, но и их отдельные характеристики, расстояния между поперечными швами, толщины покрытий при использовании бетонов разных классов и разном количестве расчетных нормативных осевых нагрузок.

К примеру, если количество эквивалентных воздействий нормативных осевых нагрузок за проектный срок службы 30 лет составил 40 млн, то в соответствии со стандартом может быть выбрана следующая типовая конструкция:

 

• Бетон тяжелый по ГОСТ 26633 — покрытие толщиной 29 см (класс бетона на растяжение при изгибе Btb 4,0)

• Технологическая прослойка из пленки полиэтиленовой или геосинтетического материала по ГОСТ Р 56586 или выравнивающего слоя из песка, обработанного органическим вяжущим

• Щебеночно-песчаная смесь или песок, обработанные цементом М60 по ГОСТ 23558 — слой основания толщиной 22 см

• Песок по ГОСТ 32824 с коэффициентом фильтрации не меньше 1 м/сут — дополнительный слой основания — толщина в зависимости от ДКЗ и типа грунта, но не менее 25 см

• Геосинтетический материал по ГОСТ Р 56419

 

 

Широкий перечень типовых конструкций нежестких дорожных одежд можно найти в отраслевом документе ОДМ 218.2.104-2019 «Альбом типовых конструкций нежестких дорожных одежд в различных дорожно-климатических зонах». Здесь представлены варианты конструкций для всех дорожно-климатических зон, разного количества полос движения, диапазонов показателей общих модулей упругости, типа грунта в рабочем слое земляного полотна.

К примеру, для 4-полосной дороги II категории, расположенной во II (2) ДКЗ (условно Екатеринбург), при рабочем слое земляного полотна из суглинков и глин песчанистых, с общим модулем упругости до 525 МПа, в соответствии с вышеуказанным ОДМ конструкция автомобильной дороги может состоять из:

 

• Щебеночно-мастичного асфальтобетона — верхнего слоя покрытия — 5 см

• Асфальтобетона — нижнего слоя покрытия — 7 см

• Армирующей прослойки

• Асфальтобетона — верхнего слоя основания — 8 см

• Щебеночно-гравийно-песчаной смеси — нижнего слоя основания — 22 см

• Геотекстиля

• Песка, песчано-гравийной, щебеночно-песчаной или щебеночно-гравийно-песчаной смеси с коэффициентом фильтрации не менее 1 м/сут — дополнительного слоя основания — 40 см

 

На сегодняшний день отечественная транспортная сеть представлена большим разнообразием конструкций автомобильных дорог. В одном регионе, богатым гранитом, слои основания дорог могут быть запроектированы с учетом использования преимущественно щебня, в другом — бедным на каменный материал — могут быть применены вторичные материалы, например золошлаки. Здесь все индивидуально и зависит от многих факторов, в том числе экономических.

 

 

Если ваше предприятие планирует покупку оборудования для выпуска смесей под реализацию дорожно-строительных проектов, обратите внимание на установки от компании SOLOMATIC.

 

Мы поставляем высокотехнологичные решения разной производительности:

 

• Асфальтосмесительные установки — для выпуска разных видов асфальта: теплых, литых, цветных, с использованием RAP-материала, классических — по стандартам серий 58401 и 58406

• Грунтосмесительные установки — для производства смесей, обработанных органическими, неорганическими и комплексными вяжущими; подходят для работы со вторичными материалами: асфальтогранулятом, золо- и металлошлаками

• Бетоносмесительные установки — для выпуска бетонных смесей разных классов, применяемых при устройстве жестких дорожных одежд

 

Большой опыт работы с отечественными предприятиями и тесное сотрудничество с лидером Поднебесной в области создания дорожно-строительного оборудования — компании NFLG, позволяет нам поставлять не только типовые решения, но и индивидуально-сконструированные комплексы.

Для начала совместной работы над вашей будущей установкой позвоните нам по телефону 8 (800) 555 73 40, отправьте запрос на sale@solomatic.ru или свяжитесь любым другим удобным способом из раздела с контактами.

Работа на оборудовании от компании SOLOMATIC — залог стабильного выпуска смесей в соответствии с заданным рецептом.