Дорожное строительство с гидравлически связанным несущим верхним слоем дорожного покрытия

При строительстве дорог в сельской местности необходимо, с одной стороны, принимать в расчет требования современного сельского и лесного хозяйства, нуждающегося в долговечной, удобной и пригодной для проезда в любые погодные условия дороге, с другой стороны, соответствовать представлениям об охране природы и окружающей среды, а именно, дорога должна быть по возможности грунтовой и иметь вид, приближенный к природным условиям, а также должна быть благоприятной для дальнейшего существования животных и растений.

Одним из вариантов гидравлически связанного несущего покрытия (HGTD) являются верхние слои дорожного покрытия из гидравлически связанной смеси (HGD). Подробнее об этом типе дорожного покрытия смотрите в конце данной спецификации.
Накоплен хороший 30-летний опыт по использованию гидравлически связанных несущих верхних слоев.
Данный способ строительства дорог имеет значительные преимущества:
- простые, бесшовные конструкции
- не нужно выдерживать, сразу доступ к эксплуатации
- высокая нагрузочная способность, связанная с хорошей устойчивостью к эрозии и износу
- необработанная поверхность с грубой фактурой и небольшим зеленым покровом по центру дороги и на обочине делают внешний вид близким к природным условиям, есть схожесть с грунтовой дорогой
- небольшая скорость стекания поверхностной воды при относительно хорошем влагозадержании на поверхности
- высокая экономическая эффективность за счет низких расходов по изготовлению и техническому обслуживанию при большом сроке службы.

Возведение дорог с гидравлически связанным несущим верхним слоем дорожного покрытия (HGTD)

Для планирования, определения размеров, объявления тендера и возведения сельских дорог основными действующими нормативами являются «Директивы по строительству сельских дорог» (RLW) и «Дополнительные технические договорные условия и Директивы по возведению дорожного покрытия для сельских дорог». Чтобы выйти из этого затруднительного положения, приходилось либо отказываться от дорожного покрытия по всей площади и разрабатывать новые варианты строительства дорог, например, колейные дороги из бетона или с мощением газонной плиткой (брусчаткой), либо не использовать классические связующие средства при дальнейшем укреплении дорожного полотна. Но вскоре выяснилось, что дороги на основе несвязанных смесей имеют недостаточную способность выдерживать нагрузку, возникают большие расходы на обслуживание и текущий ремонт, а появляющиеся недостатки (расшатанные камни, неровность, пыль) ограничивают возможность использования.
Гидравлически связанные несущие верхние слои дорожного покрытия (HGTD) являются экономичным вариантом в строительстве сельских дорог и соответствуют всем экологическим требованиям, одновременно сохраняя преимущества сплошных дорожных покрытий из гидравлически связанной смеси. Они подходят в частности для участков дорог с высокой грузонапряженностью, а также для дорог, подверженных сильной эрозии (например, на холмистой местности), которые помимо всего должны иметь вид, близкий к природным условиям. Благодаря своей прочной и ровной поверхности такие дороги охотно используются для прогулок пешеходами, путешественниками и велосипедистами, а также для скотопрогона.

Рис.1: Приближенная к природным условиям дорога с гидравлически связанным несущим верхним слоем

Рис.2:Стандартное сечение эффективной и экономичной дороги с гидравлически связанным несущим верхним слоем покрытия для средней нагрузки

Их использование рекомендуется для «средней» нагрузки, правда следует отметить, что до сих пор данные дорожные покрытия находили применение только на южной территории Германии. Дороги с твердым покрытием, представляющим собой гидравлически связанный несущий верхний слой, кроме всего прочего подходят для больших осевых нагрузок, извилистой трассировки дорог, участков с крутым уклоном и открытых (незащищенных) участков. Путешественники и велосипедисты также охотно используют эти дороги. Однако следует учитывать, что транспортные средства, передвигающиеся на больших скоростях (> 50 км/ч) способствуют возникновению более высокой эрозии и тем самым снижают срок службы дорожного полотна.
Основание для HGTD должно быть «достаточно широким, стабильным, обладающим несущей способностью, с соответствующей высотой и профилем, а также ровным». Данные требования выполнимы при достаточно большом модуле деформации Ev2 (для стандартной конструкции в соответствии с RLW, см.рис.3), если отклонения от ровности поверхности в пределах замеренного участка длиной 4м составляют не более 2 см, и если основание на обеих сторонах шире проезжей части минимум на 25 см. Достаточная и соразмерная несущая способность основания дорожного полотна может быть легко определена при проезде по нему двухосного грузового автомобиля (нагрузка на колесо 50 кН).

Рис.3: Стандартные способы строительства сельских дорог, а также способы строительства с соответствующим порядком расположения слоев при «низкой нагрузке», дополненные из опыта работ консультативной группы по вопросам строительства.

Рис.4: Погружение колеса у двухосного грузового автомобиля с нагрузкой на колесо 50кН при скорости движения от 2 до 6 км/ч в зависимости от значения модуля деформации Еv2

Достаточная несущая способность, была, к примеру, установлена при погружении колеса не более чем на 5 мм (рис.4).
Для гидравлически связанного несущего верхнего слоя дорожного полотна с достаточной несущей способностью и надежной дренажной системой основанием может служить уже имеющийся, усовершенствованный или укрепленный почвенный грунт или подготовленный фундамент. Что касается процесса строительства, то следует учитывать тот момент, что модуль деформации Ev2 должен иметь значение > 45 Н/мм².
В большинстве случаев несущий слой, например, из смеси гравия, гальки, мелкого щебня и песка имеет гранулометрический состав 0/45. Толщина несущего слоя должна составлять 15-30 см в зависимости от интенсивности движения на дороге, несущей способности подготовленного фундамента или почвенного грунта и используемой смеси минеральных веществ (гравий, щебень или несортированные обломки горной породы). Необходимо соблюдать указанные в нормативном документе требования к смеси минеральных веществ, к изготовлению несущего слоя и испытаниям.

Принципы производства

Несущий верхний слой HGTD дорожного покрытия изготавливается с учетом основ механики грунтов. То есть:
- плотность грунта по методу Проктора и соответствующее оптимальное содержание воды в строительной смеси определяются с помощью метода Проктора,
- необходимое содержание связующих веществ определяется при испытании давлением и при необходимости замораживанием образцов, изготовленных по методу Проктора.
Ранее при строительстве дорог в зависимости от цели использования укладывались гидравлически связанные несущие верхние слои толщиной от 8 до 12 см, в некоторых случаях до 18 см. Для экономичных дорог со средней нагрузкой рекомендуется укладка слоя толщиной от 12 до 14см.
Для достижения лучшей шероховатости, а также для поддержания вида, приближенного к природным условиям на поверхность может быть уложен мелкий щебень, который, как правило, насыпается в свежеуложенный гидравлически связанный несущий верхний слой и затем закатывается.

Требования к исходному материалу и строительной смеси для гидравлически связанного покрытия HGTD

Стройматериалы

Гидравлически связанные несущие верхние слои состоят из смеси минеральных веществ и гидравлически вяжущих веществ. Качество несущего покрытия существенно зависит от состава смеси минеральных веществ, а также от типа и объема выбранного гидравлически вяжущего вещества.
Целью является достижение не только необходимой несущей способности, но и достаточной устойчивости к морозу и высокой сопротивляемости к эрозии и износу. При увеличении содержания вяжущего вещества вышеназванные свойства будут улучшаться.

Минеральные вещества

Минеральные вещества гидравлически связанных несущих верхних слоев дорожного покрытия должны подходить по назначению и выполнять требования «Технических условий поставок минеральных веществ для дорожного строительства »(TL Min-StB). Что касается устойчивости к морозам, то здесь должны выполняться требования, предъявляемые к высокосортному щебню. Пригодность минеральных веществ, несоответствующих требованиям TL Min-StB, должна подтверждаться специальными исследованиями и испытаниями на практике. Для искусственных минеральных веществ и стройматериалов из вторичного сырья необходимо иметь дополнительное подтверждение о гидротехнической безопасности.

Таблица 1: Доля фракции зернового состава в смеси минеральных веществ для HGD и HGTD в соответствии с ZTV LW

Таблица 2: Испытание на устойчивость к морозу гидравлически связанного несущего верхнего слоя в зависимости от процентного содержания мелкодисперсной фракции в смеси минеральных веществ.

На устойчивость к морозу затвердевшей строительной смеси значительное влияние оказывают тип и процент содержания мелкодисперсной фракции < 0,063 мм в смеси минеральных веществ: высокий процент мелкодисперсной фракции оказывает негативное влияние, если она содержит большее количество составляющих, которые имеют способность к набуханию (глина, ил). Исходя из этого содержание мелкодисперсной фракции менее 0,063 мм должно быть ограничено до 15 % от массы. При выборе состава смеси минеральных веществ для определенного назначения следует учитывать требования, указанные в таблице 1 (таблица 3.2 в ZTV LW). Состав смеси минеральных веществ необходимо проверить посредством составления кривой гранулометрического состава и ее сопоставления установленным требованиям.

С целью бережного отношения к окружающей среде и дорогам и не в последнюю очередь из соображения расходов должна использоваться смесь минеральных веществ по возможности из грунта близлежащих резервов. Использование смесей для строительства типичных для конкретной местности дорог не нарушит ландшафта.

Рис.7: Мокрый асфальт, рядом протоптанная коровами дорожка, впереди удерживающий дождевую воду гидравлически связанный несущий верхний слой дорожного покрытия

Связующее вещество

В качестве связующего следует использовать цемент в соответствии с DIN 1164-1 и цемент, имеющий общий допуск строительного надзора, а также связующие вещества для несущего верхнего слоя в соответствии с DIN 18506 с классами прочности 32,5 или НТ 35. Согласно ZTV LW не допускаются быстро застывающие связующие.

Состав строительной смеси Пригодность строительного материала и соответствующий назначению состав строительной смеси для HGTD должны определяться посредством испытания. Испытание на пригодность должно проводиться подрядной организацией, пригодность должна быть подтверждена актом об испытании, выданным компетентным органом, контролирующим соответствующие строительные материалы и строительные смеси. Сюда относятся, к примеру, испытательные лаборатории, которые имеют допуск в соответствии с «Директивой по признанию полномочий контролирующих органов, проверяющих строительные материалы и строительные смеси» (RAP Stra). Согласно ZTV LW строительные смеси для HGTD должны иметь содержание связующих минимум 3% (4% при максимальном размере зерна 16 мм), в расчете на сухую смесь минеральных веществ, а также при испытании на пригодность предел прочности на сжатие (28 дней) в среднем должен составить 12Н/мм2. (испытание трех опытных образцов диаметром (D)150 мм и высотой (H)125 мм).
Eсли в смеси минеральных веществ содержится более 5 % от массы мелкодисперсной фракции 0,063 мм, то необходимо подвергнуть строительную смесь испытанию замораживанием. Полученные значения продольной деформации не должны превышать 1%.

Соответствующий для установленного предела прочности на сжатие и морозоустойчивости вид связующего и его содержание в смеси определяется испытаниями на сжатие и замораживанием, которые проводятся на испытательных образцах, изготовленных по методу Проктора. В зависимости от кривой гранулометрического состава смеси минеральных веществ содержание связующего может колебаться от 3 до 7 % от массы. Eora согласно испытанию замораживанием выявится большее содержание связующих, чем нужно для предела прочности на сжатие, то решающим будет полученное количество связующего, которое необходимо для хорошей устойчивости к морозу.
Содержание воды в смеси минеральных веществ определяет необходимую силу мощности сжатия, которая должна быть приложена для достижения по возможности высокой плотности насыпи. Определение оптимального содержания воды происходит посредством испытания по методу Проктора. Содержание воды в смеси при укладке составляет 0,9 w_pr.

Из-за сильного влияния содержания воды на процесс обрабатываемости свежеприготовленной строительной смеси и ее прочность в непросушенном состоянии при значительном превышении или понижении оптимального содержания воды следует ожидать возникновения технологических дефектов, например, плохая уплотняемость, неровности или углубления от уплотняющего бруса бетоноотделочной машины. Отклонения по содержанию воды в строительной смеси от номинального значения согласно испытаний на пригодность при производстве должны быть по возможности минимальными. Рекомендуется установить максимальный предел отклонения 0,5 М.-%. Строительная смесь может производиться только на смесительных установках с достаточной мощностью смесительных узлов.

Рекомендации по укладке строительной смеси

Для соответствующего производства гидравлически связанных несущих верхних слоев дорожного покрытия (HGTD) кроме правильного выбора сырья и проверенного на пригодность состава строительной смеси важны также:
- правильная и точная дозировка отдельных компонентов,
- производство однородной смеси и
- квалифицированная укладка смеси Строительная смесь укладывается в один слой дорожной бетоноотделочной машиной в соответствии с профилем и высотой.

Необходимым условием является устойчивая и соответствующая по высоте рабочая поверхность для бетоноотделочной машины. Ручная укладка смеси допусается только на небольших площадях или при сложном профиле поверхности дороги.

Рис.8: Укладка HGTD дорожной бетоноотделочной машиной	Рис.9: Укатка HGTD

Следует опасаться того, что могут возникнуть потери в содержании воды необходимом для застывания и затвердевания строительной смеси, поэтому рекомендуется, увлажнять основание незадолго до укладки строительной смеси.
Уплотнение строительной смеси происходит при помощи бетонооотделочной машины (предварительное уплотнение посредством уплотняющего вибробруса) и вибрационного катка > 8 т (окончательное уплотнение). Хорошее предварительное уплотнение способствует однородности и горизонтальности гидравлически связанного несущего верхнего слоя HGTD. В безупречной обработке поверхности оправдало себя совместное использование виброкатка и катка на пневматических шинах. Укатка дорожного покрытия проходит обычно следующим образом: сначала бетоноотделочная машина два раза проезжает по уложенной строительной смеси с отключенной «вибрацией» для прижатия материала, а затем несколько раз с виброкатком. Наконец, каток на пневматических шинах отвечает за заключительную обработку поверхности и «гладкость» несущего верхнего слоя дорожного покрытия. Для уплотнения краев дорожного покрытия можно использовать установленные на катке колеса с конической поверхностью. На участках с уклоном необходимую степень уплотнения должна в принципе обеспечить бетоноотделочная машина. Этому может поспособствовать также повышение содержания воды в строительной смеси выше оптимального значения.

Eсли в уложенной и уплотненной строительной смеси наблюдаются изъяны (например, агломерат крупной фракции), то их необходимо заменить по всей глубине. Дефекты макс.до 1м² могут быть исправлены по свежим следам, путем нанесения строительной смеси с содержанием крупной фракции макс.16 мм. Дефектные участки должны быть вырезаны минимум на 5 см вглубь. Eсли дефектные участки имеют большую площадь, то строительная смесь наносится по всей ширине дорожного покрытия. Гидравлически связанные несущие верхние слои не надрезаются. Но ожидаемые по причине этого «нестандартные» поперечные трещины, возникающие для «снятия напряжения» в верхнем слое (примерно каждые 10 - 15 м), как правило, практически не появляется и не влияют в значительной мере на срок службы дорожного покрытия. Eora транспортное сообщение позволяет, трещины могут быть засыпаны мелким материалом (каменная мелочь), так что данный дефект не будет заметен. При приближении температуры почвы и воздуха к точке замерзания следует приостанавливать все работы. Подмороженная смесь минеральных веществ не должна подвергаться обработке. Время обработки строительной смеси составляет около трех часов после замеса. При транспортировке строительной смеси на большие расстояния необходимо обеспечить защиту от атмосферных влияний (солнце, ветер, дождь), для этой цели может использоваться брезент.

Выдерживание дорожного покрытия, приемка

Как для всех гидравлически связанных строительных материалов, так и для гидравлически связанного несущего верхнего слоя дорожного покрытия должны быть предприняты все меры для того, чтобы в смесях содержание воды было достаточным для гидравлической связки. Таким образом, HGTD требует выдерживания, которое начинается непосредственно после укатки и продолжается в течение трех дней. Благоприятное воздействие оказывает распыление или разбрызгивание воды на поверхность. Защитой от чрезмерного высыхания, а также от ливней может служить обычная пленка. Чтобы защитная пленка не смещалась ветром, необходимо закрепить ее положение. Гидравлически связанные несущие верхние слои после завершения работ сразу могут использоваться. Но в соответствии с ZTV LW дорога может быть открыта для транспортного сообщения только после достаточного затвердевания строительной смеси.

Требования к HGTD

В соответствии с ZTV LW к укладываемому несущему верхнему слою дорожного покрытия из гидравлически связанной смеси HGTD установлены требования по отношению к гранулометрическому составу строительной смеси, степени уплотнения, пределу прочности на сжатие, расположению слоя в соответствии с профилем, горизонтальности и поперечному уклону слоя, а также к толщине слоя.

Гидравлически связанный верхний слой (HGD )

Преимущественно на юге Германии часто используемым вариантом HGTD является гидравлически связанный верхний слой покрытия (HGD), иногда именуемый также как гидравлически связанная смесь минеральных веществ. Уже из наименования данных слоев дорожного покрытия
становится понятным, в чем их отличие: один является несущим верхним слоем дорожного покрытия (HGTD), другой верхним слоем покрытия (HGD). В соответствии с этим для каждого типа дорожного покрытия установлены свои минимальные толщины и прочностные характеристики.
По внешнему виду дороги с покрытием типа HGD в сравнении с покрытием HGTD имеют более закрытую поверхность и напоминают скорее необработанное светлое асфальтовое покрытие. Также есть возможность за счет целенаправленного выбора цемента или определенных заполнителей получить цветовой оттенок у дорожной одежды, который будет подходить к конкретному ландшафту и местности.
Оба типа дорожного покрытия HGTD и HGD упоминаются в RLW как стандартные варианты возведения дорожного покрытия, а техническое описание дается в ZTV LW, раздел 3 «Дорожные покрытия с гидравлическими связующими веществами». Оба варианта покрытия HGTD и HGD изготавливаются в соответствии с одинаковыми строительными нормами и правилами.

Рис.10: Близкая к природным условиям дорога с покрытием HGTD	Рис.11: Дорога с покрытием HGD, используемая в виноградных плантациях

Таблица: Отличия в требованиях к строительно-техническим характеристикам HGTD и HGD