Методические рекомендации по строительству дорожных одежд с основаниями из битумоминеральных смесей и местных каменных материалов, укрепленных малоактивными вяжущими или малыми дозами цемента


МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД С ОСНОВАНИЯМИ ИЗ БИТУМОМИНЕРАЛЬНЫХ СМЕСЕЙ И МЕСТНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ, УКРЕПЛЕННЫХ МАЛОАКТИВНЫМИ ВЯЖУЩИМИ ИЛИ МАЛЫМИ ДОЗАМИ ЦЕМЕНТА

Одобрены Техническим управлением

Минтрансстроя СССР

МОСКВА - 1972

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД С ОСНОВАНИЯМИ ИЗ БИТУМОМИНЕРАЛЬНЫХ СМЕСЕЙ И МЕСТНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ, УКРЕПЛЕННЫХ МАЛОАКТИВНЫМИ ВЯЖУЩИМИ ИЛИ МАЛЫМИ ДОЗАМИ ЦЕМЕНТА. Союздорнии, М., 1972.

«Методические рекомендации» содержат требования к битумоминеральным, шлакоминеральным, цементоминеральным и зольноминеральным смесям, применяемым для оснований дорожных одежд, а также требования к исходным каменным материалам и вяжущим для их укрепления. Даны расчетные параметры конструкций оснований, принципы конструирования и расчета дорожных одежд с предложенными типами оснований. Приведены требования по технологии строительства оснований из каменных материалов, укрепленных неорганическими и органическими вяжущими, включая технологию приготовления смесей, их укладки, уплотнения и ухода за построенным основанием. Даны также основные требования по контролю качества приготовления и укладки материалов в основания, а также методы проектирования смесей и испытания образцов в лаборатории.

«Методические рекомендации» разработаны на основе результатов лабораторных исследований, испытаний моделей дорожных одежд в грунтовом канале Союздорнии, широкого опытного строительства оснований из новых материалов и результатов последующих испытаний дорожной одежды с целью определения несущей способности и расчетных параметров конструктивных слоев.

Предисловие

В настоящее время при строительстве автомобильных дорог ставится задача максимально использовать местные дорожно-строительные материалы в конструкциях дорожных одежд, особенно в основаниях. Поэтому актуальной задачей является разработка новых экономичных материалов, конструкций оснований дорожных одежд, отвечающих современным, все возрастающим требованиям.

Настоящие «Методические рекомендации по строительству дорожных одежд с основаниями из битумоминеральных смесей и местных каменных материалов, укрепленных малоактивными вяжущими или малыми дозами цемента», являются результатом исследований, проведенных в Союздорнии по указанным проблемам, широкого опытного строительства дорожных одежд на стройках Главдорстроя, их последующих испытаний, а также учета отечественного и зарубежного опыта.

Все конструкции, предложенные в «Методических рекомендациях», при выполнении их с учетом климатических условий удовлетворяют требованиям скоростного интенсивного тяжелого движения на дорогах I и II категорий.

В настоящей работе рекомендуется: использовать в основаниях только укрепленные каменные материалы; учитывать при конструировании теплофизическую совместимость (или несовместимость) слоев покрытий и оснований; укладывать и уплотнять асфальтобетонные покрытия одним слоем, толщина которого будет равна суммарной толщине обычного двухслойного покрытия; применять битумоминеральные смеси в основаниях толщиной 15 - 18 см; применять шлакоминеральные, цементоминеральные и зольноминеральные смеси в слоях оснований.

«Методические рекомендации» разработали канд. техн. наук Н.В. Горелышев, докт. техн. наук А.М. Кривиссий, кандидаты технических наук Л.Т. Абрамов, И.Л. Гурячков, В.С. Исаев, С.А. Мышковская и инженеры И.Н. Глуховцев, В.К. Дермелев, К.Я. Лобзова.

ДИРЕКТОР СОЮЗДОРНИИ

доктор технических наук профессор

В.В. Михайлов

Общие положения

1. Автомобильное движение на современных магистральных дорогах I и II категорий уже в настоящее время можно характеризовать как тяжелое и интенсивное.

2. Резкое увеличение выпуска автомобилей в предстоящем пятилетии не только повысит интенсивность движения и осевые нагрузки, но и приведет к значительному росту средней и предельной скоростей.

3. Безопасность скоростного, интенсивного и тяжелого движения может быть обеспечена только в том случае, когда проезжая часть имеет необходимую ровность и шероховатость*).

*) Геометрические элементы дороги, ее обустройство и содержание влияют на безопасность и скорость движения в неменьшей степени, однако эти проблемы в данных «Методических рекомендациях» не затрагиваются.

Современные конструкции дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями на автомагистралях I и II категорий не могут полностью удовлетворить этим требованиям.

Главным недостатком современных конструкций дорожных одежд является постепенная потеря ими ровности и повышение скользкости проезжей части, что зависит не только от несовершенства выполнения строительных процессов, но также и от несоответствия материалов и конструкций транспортным нагрузкам и климатическим условиям.

В действующем с 1970 г. «Альбоме типовых проектов» Главтранспроекта Минтрансстроя (выпуск 14-69, 3.503-1) предусмотрены конструкции дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями для дорог I - II категорий, имеющие ряд недостатков:

- быстрое и прогрессирующее образование местных просадок на асфальтобетонных покрытиях, уложенных на щебеночном основании, вследствие постепенного доуплотнения основания под влиянием многократного повторного приложения транспортных нагрузок.

Это явление наблюдается при применении щебня любой прочности и проявляется тем больше, чем слабее щебень. Наибольшие просадки наблюдаются в гравийных основаниях;

- появление и постепенное развитие трещин в асфальтобетонном покрытии на цементобетонном основании или на основаниях из цементированных материалов.

4. Современные зарубежные конструкции, применяемые на магистральных дорогах, отличаются от отечественных рядом особенностей, главными из которых являются:

- слои основания устраивают преимущественно из укрепленных каменных материалов. Укрепленный грунт применяют только в нижних слоях оснований. Неукрепленный щебень, как правило, не применяют;

- в качестве вяжущих используют не только цемент и битум, но и местные малоактивные медленно твердеющие полуфабрикаты и отходы производства - гранулированный доменный шлак, шлаковая мука, золы уноса электростанций и других промышленных предприятий;

- основания из бетона марок более «150» с поперечными температурными швами не устраивают и заменяют либо тощим бетоном (прочность менее 150 кГ/см2), либо каменными материалами, укрепленными малыми дозами цемента (4 - 5 %);

- верхние слои оснований устраивают, как правило, из каменных материалов, укрепленных вязким битумом. При этом суммарная толщина слоев с битумным вяжущим (покрытие плюс верхний слой основания) достигает значительных величин, иногда более 40 см;

- применение укрепленных материалов позволяет использовать местные сравнительно малопрочные каменные материалы, которые без укрепления считаются непригодными для устройства оснований на дорогах высших категорий.

5. Сравнение перечисленных особенностей зарубежных конструкций с дорожными одеждами, применяемыми в Советском Союзе, позволяет выделить три направления, дающие возможность повысить качество дорожных одежд и шире использовать местные каменные и вяжущие материалы:

1) использование таких вяжущих, как гранулированный шлак и золы уноса, которые благодаря медленному твердению и сравнительно небольшой конечной прочности позволяют лучше организовать технологический процесс приготовления смесей, их транспортирование, укладку и уплотнение и получать бесшовный слой, более деформативный при изгибе и растяжении, чем слой из материалов, укрепленных цементом;

2) устройство верхних слоев оснований из каменных материалов, укрепленных вязким битумом. При этом верхний слой основания вместе со слоями покрытия образует бесшовную плиту сравнительно большой толщины, успешно работающую в упругой стадии при механических нагрузках и температурных напряжениях.

Такая плита, так же как и слой каменных материалов, укрепленных гранулированным шлаком или золой уноса, по своей деформативности занимает промежуточное положение между основаниями из бетона и щебня, поэтому иногда такие основания относят к полужестким, в отличие от нежестких и жестких;

3) применение местных каменных материалов (щебень, гравий) сравнительно малой прочности не только в нижних, но и в верхних слоях оснований, что становится возможным благодаря их укреплению минеральными или органическими вяжущими.

Данные «Методические рекомендации» разработаны с учетом использования и развития всех перечисленных выше трех направлений; применение рекомендаций должно не только снизить строительную стоимость, но и значительно повысить качество, долговечность и устойчивость дорожных одежд.

6. При укреплении щебеночных или гравийно-песчаных материалов малоактивными минеральными вяжущими - гранулированным доменным шлаком или золами уноса - могут быть два подхода, два принципа:

а) из укрепляемого каменного материала можно создать плотный водосвязный остов, который при оптимальной влажности может работать в качестве несущего слоя в дорожной одежде даже не будучи укрепленным. К таким материалам относятся плотные щебеночные или гравийно-песчаные смеси, в составе которых имеется часть дробленого гравия, а также искусственные пески из прочных горных пород.

В течение нескольких недель, пока схватывание и твердение вяжущего еще не началось или протекает в начальной стадии и не может существенно влиять на прочность слоя основания, последнее работает по принципу заклинки и водосвязности. При этом надо иметь в виду, что асфальтобетонное покрытие уложено на такое основание сразу после его уплотнения или через 3 - 5 дней. Когда влияние твердеющего вяжущего начнет оказывать ощутимое влияние на прочность основания, тогда увеличение прочности пойдет в запас и роль слабого вяжущего сведется к двум функциям:

- зерна укрепленного каменного материала под многократным воздействием транспортных нагрузок, вызывающих деформации конструкции, не будут изменять своего расположения в пространстве, что исключит их взаимное истирание и местные просадки. Это касается в особенности слабых каменных материалов;

- твердеющее (или затвердевшее) минеральное вяжущее способствует повышению морозостойкости минерального материала и всего слоя основания. Вследствие этого основным требованием к укрепленному материалу будет требование по морозостойкости, различное в разных дорожно-климатических зонах.

В этом случае можно удовлетвориться минимальной прочностью каменных материалов;

б) из применяемого каменного материала в водосвязном состоянии нельзя создать плотный и устойчивый слой, способный без укрепления работать в качестве основания под многократными воздействиями транспортных нагрузок. К таким материалам относятся гравийно-песчаные смеси с малым содержанием гравия и природные пески.

В этом случае к укрепляемому материалу необходимо предъявлять требования не только по морозостойкости, но и по прочности.

Общие принципы конструирования дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями для дорог с тяжелым интенсивным движением

7. Основания под асфальтобетонные покрытия необходимо устраивать без швов из материалов, обеспечивающих их беспросадочность и работу в течение нормативных сроков службы дорожной одежды без появления температурных трещин.

Примечания: 1) Требование в отношении бесшовности основания обусловливается неизбежностью образования трещин в асфальтобетонных покрытиях над всеми швами и трещинами, сделанными или появившимися в основаниях в результате воздействий температуры и транспортных нагрузок.

2) Требования в отношении беспросадочности могут быть выполнены только в том случае, если отдельные зерна щебня, гравия или песка в слое основания не будут изменять свое взаимное расположение в пространстве при изгибах дорожной одежды под влиянием транспортных нагрузок, а следовательно, не будут постепенно изнашиваться и доуплотняться в течение всего расчетного периода эксплуатации.

Для обеспечения этого требования применение в верхних слоях основания неукрепленных каменных материалов исключается.

8. К слоям оснований под асфальтобетонные покрытия предъявляются следующие требования:

- основание должно представлять собой гибкую бесшовную плиту с высокой прочностью при изгибе и распределяющей способностью, деформируемую транспортными нагрузками только в упругой стадии без накопления остаточных деформаций и местных просадок;

- механические и теплофизические свойства материала в основании не должны резко отличаться от таких же свойств асфальтобетона в покрытии;

- требования к морозостойкости материала в слоях основания могут быть тем ниже, чем лучше покрытие выполняет функцию теплоизолирующего слоя;

- прочность при изгибе и модуль упругости в основании могут быть в 2 - 3 раза меньше, чем в покрытии при любых возможных температурах;

- усталостная прочность, водостойкость, линейные температурные расширения материала в основании и в покрытии должны быть примерно равны.

9. Для устройства слоев оснований на дорогах I и II категорий рекомендуются следующие смеси: битумоминеральные, шлакоминеральные, цементоминеральные, зольноминеральные.

Основными укрепляемыми материалами для этих смесей являются щебень, щебеночные смеси или частично дробленые гравийные смеси и другие материалы.

Укрепленные вяжущим гравийно-песчаные смеси без дробленых зерен, а также песок используются, как правило, для нижних слоев основания.

10. Все перечисленные смеси желательно приготовлять в стационарных и полустационарных установках с принудительным перемешиванием.

11. Рекомендуемые типы конструкций дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями для дорог I и II категорий приведены на рис. 1. Толщина слоев дорожной одежды определяется расчетом по «Инструкции по назначению конструкций дорожных одежд нежесткого типа», разработанной в 1970 г. совместно Союздорнии и МАДИ*). На рис. 1 толщина слоев показана близкой к той, которая по расчету соответствует одеждам дорог I и II категорий.