Успеху способствовали внедрение новой уплотняющей техники и более эффективной технологии‚ рост знаний и практического умения ИТР и рабочих многих подрядчиков и исполнителей‚ в числе которых можно упомянуть и объединение «Дорстройпроект»‚ признанное победителем конкурса Росавтодора в 1999 году и лучшим дорожным подрядчиком России по итогам конкурса Госстроя РФ в 2000 году.

Позитивные подвижки по качеству уплотнения используемых материалов обнажили в то же время накопленные за предыдущие годы и еще нерешенные проблемы‚ задачи и вопросы‚ в том числе достаточно острые‚ по совершенствованию норм и обновлению методов и технических средств контроля качества уплотнения. И это относится как к земляному полотну и асфальтобетонному покрытию‚ так и‚ особенно‚ к щебеночному основанию.

Критический обзор и анализ‚ в сравнении с передовыми зарубежными нормами‚ методами и средствами такого контроля‚ демонстрирует явный консерватизм развития и показывает российское отставание лет на 15. Причем оно касается‚ главным образом‚ методов и средств прежде всего оперативного полевого контроля. По нормам тоже есть серьезные проблемы и недоработки‚ но они‚ в основном‚ по щебеночным основаниям‚ хотя и по земляному полотну и асфальтобетонным покрытиям следовало бы также кое-что уточнить и подправить.

В основу оценки качества уплотнения грунта земляного полотна и подстилающего слоя в России‚ как известно‚ положен принцип сравнения плотности‚ полученной в насыпи или выемке‚ с плотностью того же грунта в лабораторном приборе стандартного уплотнения СоюздорНИИ (в зарубежных странах – в приборе Проктора). Результат сравнения в виде коэффициента уплотнения (Ку) «примеряют» к нормируемым ГОСТ и СНиП его значениям‚ чаще всего равным 0‚95 (низ земляного полотна) или 0‚98–1‚0 (верх земляного полотна и подстилающий слой).

Сравнение действующих в дорожной отрасли российских норм уплотнения грунтов с зарубежными подтверждает достаточный их уровень для обеспечения прочности и устойчивости земляного полотна. На всех объектах‚ где они соблюдаются‚ проблем из-за деформаций и просадок земляного полотна практически не бывает.

Изредка возникающие критические «наскоки» на них с предложениями подправить или даже с требованиями пересмотреть в сторону ужесточения неправомерны‚ необоснованны и даже вредны. Конечно‚ что-то можно и нужно уточнить и изменить с учетом климатического фактора‚ опыта работы в земляном полотне различных типов и состояний грунтов и новых возможностей уже более мощных и совершенных грунтоуплотняющих средств. Однако «резкие движения» в направлении кардинального пересмотра норм делать опасно и не нужно.

Стандартный метод оценки качества уплотнения предусматривает обязательный отбор порции или образца грунта с помощью кольца или лунки‚ точное его взвешивание‚ определение влажности путем высушивания при 105–110°С в термостате в течение 6–8 часов. Затем нужно в лаборатории выполнить процедуру стандартного уплотнения предварительно высушенного и измельченного грунта со столь же продолжительным определением оптимальной влажности.

В итоге интересующий коэффициент уплотнения грунта и его влажность могут быть выданы производителю земляных работ минимум через сутки-двое‚ когда поправить качество уплотнения бывает сложно‚ а порой уже и невозможно.

Правда‚ облегчают или спасают эту ситуацию две альтернативные возможности. Во-первых‚ россияне часто используют распространенный во многих странах метод контроля не самой плотности грунта‚ а технологии его уплотнения выбранным средством‚ установленной‚ например‚ при пробном уплотнении. Строгое соблюдение технологических режимов выполнения этой операции‚ как правило‚ гарантирует высокую вероятность получения требуемого результата по качеству. Поэтому обязательный отбор проб грунта из насыпи или выемки вместе с лабораторными процедурами можно рассматривать не как оперативный контроль‚ а как проверочный и не имеющий столь острой необходимости сиюминутной выдачи результата. Однако при возможном изменении типа и разновидности грунта или его состояния‚ чего исключать нельзя‚ такой метод контроля может давать сбои.

В подобном и других случаях дорожники широко используют вторую возможность‚ дающую им узаконенное СНиП право проводить контроль плотности с обязательным отбором проб грунта в объеме‚ составляющем не менее 10% от всех положенных измерений. В остальных 90% допускается применять косвенные методы и средства‚ в том числе и упрощенные‚ но обеспечивающие соответствующую достоверность результатов.

Подобные приборы и устройства‚ порой достаточно простые и легкие‚ удобные и дающие быстрый результат (экспресс-приборы)‚ очень полезны и нужны дорожной отрасли.

Из имеющегося многообразия этих приборов и методов наиболее распространенными и применяемыми во многих странах оказались так называемые плотномеры-пенетрометры статического и динамического типа. Только в России в разных отраслях строительства можно насчитать не менее десятка действующих их образцов. Кстати‚ уместно напомнить‚ что с помощью одного из таких плотномеров-пенетрометров в сочетании с крыльчаткой автоматические спускаемые аппараты СССР изучали на Луне свойства ее грунта‚ а американские войска прямо с воздуха оценивали несущую способность грунта Земли для посадки самолетов и вертолетов.

Одним из первых подобных плотномеров-пенетрометров‚ использовавшихся проф. Зелениным А. Н. еще в середине истекшего столетия для выявления корреляционной связи между сопротивлением грунта резанию и его плотностью‚ был плотномер ДорНИИ (рис. 1)‚ более известный под названием «ударник ДорНИИ» (от прибора стандартного уплотнения). Правда‚ в те уже далекие времена он еще не назывался пенетрометром.

Привлекательность его состояла в простоте конструкции‚ удобстве применения и быстроте получения результата. Да и сам критерий оценки плотности был прост и понятен всякому: количество ударов груза 2‚5 кгс‚ падающего с высоты 40 см‚ необходимое для погружения в грунт на глубину 10 см цилиндрического стержня с площадью основания плоского наконечника 1 см2 (для слабых и рыхлых грунтов был второй наконечник с площадью 2 см2).

По количеству таких ударов и заранее построенному тарировочному графику с учетом типа грунта и его влажности можно было быстро найти К у и решать вопрос о качестве уплотнения земляного полотна. Причем делать это можно в процессе выполнения самой операции‚ корректируя технологические режимы работы грунтоуплотняющих машин и соответственно результат по качеству.

Современные плотномеры-пенетрометры‚ несмотря на солидность подведенной научной базы‚ усложнение методологии измерений отдельными их образцами (двойная пенетрация‚ совмещение тарировки по К у и влажности и др.) и накопленный практический опыт использования‚ мало отличаются по своей сути от «ударника ДорНИИ» и друг от друга. Это отличие состоит в основном в форме и размерах наконечника (чаще всего конус с углом при вершине 30‚ 45 или 60°)‚ способе погружения наконечника (статическое задавливание или серия ударов) и измеряемой величине‚ служащей критерием оценки качества уплотнения.

За критерий принимают либо удельное сопротивление погружению конуса (cone index)‚ определяемое как отношение общего статического или динамического усилия вдавливания к площади основания конуса‚ либо глубину погружения наконечника‚ либо количество ударов для погружения его на заданную глубину. При этом все другие параметры прибора‚ кроме одной из названных и фиксируемых величин‚ остаются постоянными.

Опыт применения таких приборов выработал ряд особых условий и требований‚ только соблюдение которых может дать устойчивый и приемлемый по точности результат. В частности‚ плотномеры-пенетрометры статического типа (рис. 2) порой требуют солидного усилия задавливания зонда-наконечника (на плотных связных грунтах до 50–60 кгс)‚ а также равномерного и плавного его погружения на глубину до 10 см в течение 15–20 сек. (от этого зависит величина усилий).

Это не всегда и не всякий мужчина способен обеспечить‚ не говоря уже о девушках и женщинах-лаборантах. Это же‚ видимо‚ является причиной разброса результатов измерений и негативного отношения к статическим пенетрометрам некоторых специалистов дорожной отрасли.

Проще‚ надежнее и легче работать с динамическими плотномерами. Объединение «Дорстройпроект»‚ в состав которого входят 7 дорожно-строительных и ремонтных фирм‚ при оценке качества устройства земляного полотна из песчаных грунтов‚ в том числе одноразмерных‚ на протяжении ряда лет применяет для экспресс-оценки качества их уплотнения динамический плотномер типа Д-51 (рис. 3)‚ который ни разу нас не подводил.

Лет 20 назад бывший тогда Минавтодор РСФСР организовал во Владимире сопоставительные испытания 9 различных приборов для контроля качества уплотнения связных и несвязных грунтов. В их числе были 6 статических и динамических плотномеров-пенетрометров.

По результатам этих одновременных испытаний для дорожных грунтовых объектов были рекомендованы в основном динамические плотномеры Д-51 и РБ-102А (песчаные грунты) и плотномер-влагомер Н. П. Ковалева (грунты связные). Последний‚ правда‚ трудно отнести к простым в практическом плане и экспрессным приборам.

Статические пенетрометры‚ хотя и не выдержали испытаний‚ иногда могут с пользой применяться для относительных оценок состояния отдельных мест и участков земляного полотна по принципу хуже/лучше.

Что касается влажности уплотняемых мелкозернистых грунтов‚ то ее контроль всегда осуществляется наиболее надежным и точным термовесовым способом в лабораторных условиях. Ничего лучшего пока не придумано и не предложено взамен этой простой‚ но длительной процедуры. Правда‚ в свое время в лаборатории технологии и механизации Ленфилиала СоюздорНИИ было создано устройство‚ названное «вертушкой»‚ для более быстрой сушки навески грунта в бюксе (1–1‚5 часа вместо 6–8 часов).

Основным узлом этого простого прибора был обычный проигрыватель пластинок с 33‚ 45 или 78 оборотами в минуту. На его диск с боковыми буртиками устанавливалось 12–15 бюксов с влажным грунтом. Сверху на оптимальном расстоянии‚ найденном опытным путем из условия температуры у грунта 105–110°С‚ помещался обычный с вогнутой отражательной тарелкой рефлекторный электронагреватель‚ который за счет вращения бюксов выполнял весь цикл сушки всего за 1–1‚5 часа.

Это легкая‚ компактная‚ недорогая и удобно транспортируемая «вертушка» вместе с сотрудниками лаборатории побывала на дорожных стройках Западной Сибири‚ БАМа‚ Латвии‚ Молдавии и других мест.

Достаточно оперативные результаты по влажности и плотности грунтов дают радиометрические методы и приборы. Их с успехом и давно применяют в США‚ Франции‚ Англии‚ Германии и других странах. Особенность современных образцов плотномеров такого типа состоит в том‚ что значительно повысилась безопасность работы с ними (используются излучающие элементы низкой радиоактивности) и что они оснащены микрокомпьютерами для вычисления и выдачи сразу значений влажности‚ плотности и К у грунта. Правда‚ они нуждаются в тарировке по каждому виду грунта и очень чувствительны на включения в грунте камней. В России и других странах‚ входивших в состав СССР‚ где еще жив «чернобыльский синдром»‚ трудно пока надеяться на преодоление психологического страха и внедрение радиоизотопных методов и приборов у дорожников.

Особой заботы и беспокойства у дорожников качество уплотнения насыпей из прочных и добротных скально-крупноблочных грунтов почти никогда не вызывало. Хотя целый ряд практических примеров (пилообразный профиль БАМа‚ осадки покрытия до 20–30 см на одном из карельских участков автодороги Санкт-Петербург – Мурманск‚ неровности покрытия на первой очереди обхода г. Выборга и др.) свидетельствуют о возможных серьезных неприятностях‚ если самой операции и особенно контролю качества уплотнения таких грунтов не уделяется необходимого внимания.

Сегодня уплотнение скально-крупнообломочных грунтов не может быть проблемой с последствиями‚ так как имеются эффективные уплотняющие средства в виде тяжелых прицепных или шарнирно-сочлененных виброкатков и технологические приемы ведения работ. Проблемой‚ да и то относительной‚ можно считать контроль качества их уплотнения‚ ибо на таких грунтах плотномер-пенетрометр не применить‚ пробу грунта режущим концом или методом лунки не возьмешь. Правда‚ метод единичных лунок (объем до 6–8 см3) иногда использовался на ответственных отечественных и зарубежных гидротехнических стройках‚ но получаемую таким путем плотность не с чем было сравнивать‚ ибо трудно себе представить возможность выполнения общепринятого стандартного уплотнения грунта с твердыми включениями 100–300 мм. В некоторых случаях последнее заменяли уплотнением таких грунтов в формах увеличенных размеров (20–25 л) на вибростолах или поверхностными вибротрамбовками. Иногда в эти формы вместо реального грунта помещали модельный с последующим пересчетом результатов на реальный.

Однако‚ с технологической точки зрения‚ его следует применять при минимально возможной вязкости‚ что может быть достигнуто тремя принципиальными способами:

разогрев битума до технологических температур (горячий способ);
разжижение вязких битумов специальными‚ как правило‚ легкими растворителями;
эмульгирование битума в воде в присутствии специальных веществ (битумные эмульсии).

Первый способ используется обычно для производства горячих смесей с предварительным нагревом исходных минеральных материалов или розливом горячего битума на холодную поверхность при производстве подгрунтовки или устройстве поверхностной обработки. Этот способ имеет достоинства и недостатки. К достоинствам следует отнести возможность получения конгломерата (асфальтобетона) с высокой прочностью при использовании высоковязких битумов для дорог с тяжелым и интенсивным движением‚ а к недостаткам – затраты энергии на нагрев минеральных материалов при производстве горячих смесей‚ ограниченный период времени на устройство конструктивных слоев дорожной одежды и отрицательное воздействие на окружающую среду в процессе всего цикла производства работ.

Второй способ‚ как правило‚ дороже из-за весьма дорогостоящих растворителей‚ которые за относительно короткий период времени должны испариться‚ что приводит к загрязнению окружающей среды и к повышенной пожароопасности при производстве работ.

Третий способ‚ с использованием битумных эмульсий‚ не требует нагрева и может использоваться с холодными и даже влажными минеральными материалами‚ что позволяет снизить расход энергоносителей до 40% по сравнению с традиционными «горячими» технологиями.

Принципиальная схема производства битумной эмульсии

Эмульсия – неоднородная‚ термодинамическая неустойчивая система с двумя или несколькими жидкими фазами‚ представляющими одну постоянную жидкую фазу (дисперсионную среду) и‚ по меньшей мере‚ вторую жидкую фазу‚ рассеянную в первой в форме мелких капелек (дисперсная фаза). В зависимости от формы‚ битумные эмульсии классифицируются на прямые и обратные.

Прямые эмульсии – это когда битум в виде мелких капелек (от 1 до 20 мк) находится в водной среде.

Обратная эмульсия – это когда вода в виде мелких капелек находится в битумной среде.

В дорожной практике наибольшее применение находят прямые битумные эмульсии.

В зависимости от требуемых технологических и эксплуатационных свойств связующего материала эмульсии могут быть приготовлены на битумах различной вязкости как с использованием различных добавок (растворители‚ ПАВ‚ полимеры)‚ так и без них. При этом в зависимости от назначения и условий применения могут приготавливаться эмульсии с различной скоростью их распада и устойчивостью при транспортировке и хранении.

Относительно низкая вязкость прямых битумных эмульсий‚ обусловленная наличием водной среды (от 31 до 50%)‚ обеспечивает хорошую способность обработки каменных материалов без их сушки и нагрева. Такие технологические свойства битумных эмульсий обусловливают благоприятное их применение в дорожном строительстве с позиций охраны труда дорожных рабочих и охраны окружающей среды.

В зависимости от применяемых эмульгаторов эмульсии могут быть анионного и катионного видов. При этом за последние годы в мировой практике дорожного строительства производятся и используются главным образом (почти 100%) эмульсии катионного вида‚ как наиболее универсальные и обеспечивающие достаточную адгезию вяжущего к поверхности минеральных материалов кислой и основной природы.

За более чем 60-летний период производства битумных эмульсий катионного вида за рубежом в совершенстве отработаны различные составы и технологии их применения в дорожном строительстве и налажен промышленный выпуск большого ассортимента эмульгаторов для различных составов эмульсий применительно к их назначению.

Наибольший опыт в теоретических разработках и в практическом использовании битумных эмульсий накоплен во Франции‚ которая считается мировым лидером в этих вопросах и где более 30% от общего объема органических вяжущих для дорожных целей применяется в эмульгируемом виде.

В России в середине 60-х годов на основании научно-исследовательских работ и небольшого опыта практического применения были разработаны технические и нормативные документы по приготовлению и использованию битумных эмульсий в дорожном строительстве.

Однако главным образом эти документы отражали вопросы применения эмульсий анионного вида‚ так как химическая промышленность России и в целом Союза ССР не производила катионные эмульгаторы применительно к дорожному строительству. За весь этот период отечественной машиностроительной промышленностью не был налажен выпуск всего комплекта оборудования для эмульсионных баз‚ и только на энтузиазме отдельных специалистов и коллективов дорожников создавались такие базы для производства эмульсий анионного вида. За последние годы в условиях рыночных отношений и открытости границ в России и странах СНГ целый ряд дорожных организаций начал создавать базы по производству катионных битумных эмульсий‚ главным образом‚ на основе импортного оборудования с использованием импортных эмульгаторов. Наряду с этим‚ ряд наших заводов‚ и в частности АО «Дормаш» (г. Верхний Уфалей)‚ начал выпуск комплекта оборудования для приготовления битумных эмульсий.

Несмотря на то‚ что государственный стандарт на эмульсии битумные дорожные действует с 1982 года (ГОСТ 18659-81)‚ первые технические условия на промышленный выпуск отечественных эмульгаторов катионного вида для дорожных целей были разработаны в 1996 году фирмой «Дорос» (г. Ярославль) и фирмой ЗАО «Амдор» (Санкт-Петербург)‚ испытания проб которых показали их конкурентную способность по отношению к лучшими зарубежным аналогам.

На выполнении уплотнительных работ в таких местах не могут быть использованы крупные грунтоуплотняющие средства‚ применяемые при устройстве обычных насыпей‚ выемок‚ площадок или оснований. Их габариты и силовое воздействие зачастую не соответствуют размерам этих мест и условиям сохранности ответственных элементов и конструкций в них (трубы‚ кабели‚ опоры‚ плиты‚ балки и т. п.).

Во всем мире‚ в том числе и в России‚ грунты в стесненных‚ неудобных и труднодоступных местах уплотняют‚ как правило‚ малогабаритными средствами ударного и виброударного типа – ручными вибротрамбовками‚ виброплитами и виброкатками. Иногда используют также гидромолоты‚ навешиваемые на стрелу одноковшового экскаватора или специализированной машины. Методы и средства статического уплотнения практически не применяются ввиду их малой эффективности.

Общие функционально-технологические требования к грунтоуплотняющим средствам для подобных мест можно сформулировать в следующих нескольких положениях:

их габаритные размеры в плане‚ а иногда и по высоте‚ должны вписываться в размеры мест производства работ;
метод и средство уплотнения должны соответствовать типу и состоянию используемого грунта;
толщина уплотняемого слоя выбранного средства должна обеспечивать требуемое качество (нормативный коэффициент уплотнения) в отсыпаемом слое‚ предусмотренном технологией производства работ;
производительность уплотняющего средства (она разная у различных типов и моделей) должна соответствовать технологии и графику проекта производства работ (ППР).

Плотность грунтов в стесненных‚ неудобных и труднодоступных местах‚ находящихся в пределах проезжей части дорог и улиц‚ должна быть не меньше требуемых по СНиП для основной части насыпей и выемок – коэффициент уплотнения не меньше 0‚95 в нижней и 0‚98 в верхней части земляного полотна. Недоуплотнение влечет за собой всем известные существенные послепостроечные осадки грунта‚ с деформированием‚ а порой и разрушением не только дорогостоящих дорожных покрытий‚ но и ответственных инженерных сетей‚ элементов и конструкций.

Раньше‚ когда надлежащих эффективных методов и средств уплотнения в подобных местах вовсе не было или было мало‚ в некоторых случаях (узкие и глубокие траншеи‚ пазухи у труб‚ стенок и опор‚ откосы насыпей‚ одноразмерные пески и др.)‚ когда возможность реализации указанных норм уплотнения была затруднена‚ в порядке исключения допускалось некоторое понижение требуемых показателей плотности – до 0‚92–0‚95.

Сегодня такое снижение не предусмотрено и не допускается‚ хотя проблема уплотнения грунтов до 0‚95–0‚98‚ например на откосах насыпей‚ должным образом до сих пор не решена‚ и здесь негласно действует «узаконенное практикой» сниженное (до 0‚90–0‚92) значение коэффициента уплотнения‚ правда‚ подкрепленное эффективной технологией последующего укрепления откосов травосеянием.

В тех случаях‚ когда грунт в ряде стесненных‚ неудобных и труднодоступных мест не выполняет роль важного несущего или прочного элемента (траншеи и пазухи у труб‚ опор и колодцев в пределах тротуаров‚ велосипедных дорожек‚ газонов и разделительных полос)‚ его можно уплотнять в нижней и верхней части засыпки до 0‚93–0‚95 (под покрытиями тротуаров‚ дворов‚ парковок и дорожек) и до 0‚90–0‚92 (разделительные полосы‚ газоны).

Самыми малоразмерными‚ с точки зрения стесненности и неудобств ведения работ по уплотнению грунта‚ являются траншейные прокладки кабелей связи в наборе керамических‚ асбестовых или иных трубок диаметром 50–100 мм (глубина и ширина траншей в пределах 0‚5–1‚0 м при ширине боковых пазух не более 0‚2–0‚3 м). Конечно‚ для них нужны наименьшие по размерам вибротрамбовки и виброплиты (рис. 1).

Очень сложно в узкой траншее помимо основной засыпки уплотнять боковые пазухи. Видимо‚ поэтому одна из зарубежных фирм (Dynapac) предложила в свое время специальное приспособление к небольшой своей виброплите (вес 70 кгс) для одновременного уплотнения двух пазух у труб диаметром 150–300 мм (рис. 2).

Аналогичные сложности возникают при уплотнении узких пазух у столбов‚ колонн‚ стен и колодцев. С этой работой могут успешно справиться самые маленькие виброплиты (несвязные грунты) или ручные вибротрамбовки (связные и несвязные грунты) (рис. 3).

Траншейные прокладки газовых‚ тепловых‚ водопроводных и канализационных труб‚ как правило‚ шире и глубже кабельных прокладок (ширина траншей не меньше 1‚5–2 м‚ глубина – до 1‚5–2‚5 м с пазухами у труб не ниже 0‚4–0‚6 м). В таких случаях можно уже использовать более крупные по размерам и весу вибротрамбовки и виброплиты‚ хотя в ряде стран‚ в число которых входит и Россия‚ действуют ограничения на весовое и динамическое воздействие на трубы‚ передаваемое через верхний защитный слой грунта (не менее 0‚4 м). Поэтому слишком тяжелые или динамичные вибротрамбовки и виброплиты не следует использовать без квалифицированной оценки возможных последствий.

В целом ряде стесненных и неудобных мест (траншеи‚ водопропускные трубы и т. п.) виброплита в конце захватки не может быть развернута для обратного хода. Использование в таких случаях нереверсивных плит (их вес‚ как правило‚ находится в пределах 40–200 кгс) с ходом только вперед практически невозможно. Здесь необходимы реверсивные виброплиты‚ осуществляющие обратный ход без своего разворота.

Такие виброплиты‚ имеющие вес от 120–130 до 700–800 кгс‚ устроены несколько более сложно‚ чем нереверсивные. На них установлен двухвальный вибровозбудитель с дебалансами на каждый из валов‚ причем вращаются они синхронно и в противоположных направлениях.

Путем манипулирования установкой угла наклона результирующей двух центробежных сил этих дебалансов можно получить только вертикальное воздействие плиты на грунт или разной величины вертикальное и горизонтальное усилия.

За счет горизонтальной составляющей обеспечивается перемещение виброплиты (рис. 4)‚ а при смене направления горизонтальной силы она получит обратный ход без своего разворота.

Для работы самоходных виброплит необходимо поверхность уплотнения определенным образом предварительно подготовить‚ т. е. отсыпать более или менее равномерную толщину слоя грунта‚ соответствующую уплотняющей способности виброплиты‚ разровнять и спланировать поверхность ее перемещения. Последнее сделать бывает не так просто‚ особенно в глубоких траншеях‚ что создает трудности для самоходности виброплиты и снижает эффективность ее работы.

В таких случаях полезнее использовать малогабаритный виброкаток со спаренными вальцами. Особенность его принципиальной схемы (рис. 5)‚ разработанной в свое время фирмой Bomag‚ состоит в синхронном вращении дебалансов обоих вальцов‚ что позволяет получать поочередно упорядоченное и более интенсивное воздействие катка на грунт.

Хорошее сцепление с грунтом и лучшую проходимость такие катки имеют‚ когда на них установлены вальцы с ребрами (рис. 6) или кулачками‚ что способствует также повышению качества уплотнения как несвязных (короткие кулачки-бобышки)‚ так и связных грунтов (более длинные квадратные кулачки).

Подобные специальные спаренные виброкатки с габаритной шириной‚ равной ширине вальца (от 40–50 до 100–120 см)‚ получили название траншейных катков (trench rollers). Их выпускают многие фирмы Европы и Америки (Ammann‚ Bomag‚ Dynapac-Svedala‚ Tremix-Svedala‚ Wacker‚ Weber‚ Multiquip/Rammax и др.) общим весом от 500–700 до 1500‚ а отдельные модели даже до 3000 кгс‚ в том числе с дистанционным кабельным или инфракрасным управлением (рис. 7).

В последнее время появились также виброплиты с дистанционным управлением. Здесь‚ как и в случае с траншейными виброкатками‚ роль оператора-машиниста помимо подготовки машины к работе‚ запуску и установке ее‚ например‚ в траншею сводится к поддержанию направления движения‚ остановке и включению обратного хода. Автор не исключает‚ что в ближайшем будущем могут появиться траншейные виброплиты и виброкатки с автоматическим управлением‚ т. е. оператор-машинист может стать наблюдателем работы виброплиты или виброкатка с пультом управления в руках.

В тех стесненных‚ неудобных и труднодоступных местах ведения земляных работ‚ где нет необходимого пространства для перемещения трамбовок‚ плит или катков‚ часто используются подвесные виброплиты на кранах‚ экскаваторах или специальных машинах (рис. 8).

Возможно применение также получивших распространение гидромолотов на одноковшовых экскаваторах.

В России выпускают их на некоторых экскаваторных заводах в виде сменного оборудования не только для разрушения прочных и мерзлых грунтов и других материалов‚ но и для уплотнения их в стесненных и труднодоступных местах.

Подобные гидромолоты на жестких рукоятях и стрелах экскаваторов‚ как‚ впрочем‚ и другие подвесные и самоходные вибротрамбовки‚ виброплиты и виброкатки‚ полезны‚ а порой и незаменимы при устройстве сопряжений мостовых и путепроводных переходов с дорогой. В таких сопряжениях практически чуть ли не весь объем грунта между основной частью земляного полотна и мостовой конструкцией должен уплотняться указанными средствами. Особенно сложно бывает выполнять эту операцию на откосах конусов.

Уплотнение откосов высоких насыпей и мостовых конусов является важной технологической задачей по обеспечению их устойчивости‚ особенно в период строительства и начала эксплуатации дороги‚ когда засев трав по слою растительного грунта на откосе еще не проявил себя в полной мере‚ а природные факторы (дождь‚ снег‚ талая вода‚ ветер и т. п.) могут существенно разрушать эту часть насыпи‚ если она находится в рыхлом состоянии.

Специальных грунтоуплотняющих машин для откосов сейчас нет. Каждый российский или зарубежный подрядчик решает эту задачу по-своему и исходя из имеющихся возможностей.

В частности‚ откосы некоторых насыпей из наиболее неустойчивых на них песчаных грунтов можно уплотнять виброкатком весом 3–5 тс на боковом гибком прицепе к тракторной лебедке (рис. 9).

Однако работать такой каток способен только на уклонах не более 30–35% или не круче 1:3.

В свое время в СССР в некоторых видах строительства (дорожное‚ гидротехническое‚ гидромелиоративное) использовалась так называемая вальцовая трамбовка в виде гладкого металлического вальца (например‚ от списанного крупного катка)‚ подвешиваемого к стреле любого тросового экскаватора-драглайна вместо ковша емкостью 0‚65–1‚0 м3 (рис. 10).

Ось‚ или вал вальца наглухо приваривают к внутренней его полости. Оба конца вальца-трамбовки шарнирно соединены цепями через траверсы с подъемным и тяговым тросами.

При уплотнении откосов экскаватор располагается на насыпи и‚ регулируя подъемный и тяговый тросы‚ обеспечивает удары трамбовкой‚ направленные нормально к поверхности откоса любой крутизны. Заглаживание поверхности откоса осуществляется путем спускания вальца вниз по откосу под действием собственного веса.

Вес вальцовой трамбовки‚ диаметром 1300–1600 мм‚ который можно регулировать за счет балласта (воды‚ например)‚ должен составлять 2–2‚5 тс (для песка) и 3–4 тс (для связного грунта). Высоту падения (сброса) вальца следует назначать тоже сообразно виду грунта: для песков – около 0‚5–1 м‚ для связных грунтов – в пределах 1‚5–2 м. Количество ударов по одному месту – 4 (песок) и 6 (связный грунт). Толщина уплотняемого слоя может достигать 40–50 см‚ а производительность – около 80–100 м3/ч или примерно 200–250 м3/ч. Не очень много. Поэтому стоимость таких работ заметно выше уплотнения грунтов в насыпях и выемках‚ но неудобство и неустойчивость откосов оправдывают целесообразность применения вальцовой трамбовки.

При производстве земляных работ в стесненных и труднодоступных местах могут использоваться как связные‚ так и несвязные грунты. Возможно также применение гравийных и щебеночных материалов для отсыпки подушек и оснований. Все эти грунты и материалы обладают разной уплотняемостью при воздействии на них статических‚ ударных‚ чисто вибрационных и виброударных (или частоударных) нагрузок и средств. Да и сами средства вследствие разнообразия своих параметров тоже имеют различную уплотняющую способность‚ которую следует оценивать нормативными значениями требуемого коэффициента уплотнения и толщиной слоя или глубиной проработки‚ на которой этот коэффициент гарантированно обеспечивается. Поэтому правильная оценка уплотняющей способности тех малогабаритных средств‚ которые используются в стесненных‚ неудобных и труднодоступных местах‚ применительно к типу грунта‚ его разновидности и состоянию‚ крайне важна и необходима.

Эффективность уплотнения грунтов и подобных материалов упомянутыми способами и средствами обусловлена в основном силовыми давлениями‚ возникающими на контакте рабочих органов машин с грунтом‚ временем действия таких давлений и количеством циклов (ударов‚ проходов) приложения давлений к одному и тому же месту.

Ручная вибротрамбовка‚ к примеру‚ при своем весе всего 50–90 кгс‚ среднем размере стороны ударяющего башмака в плане около 30 см (контактная площадь примерно 800–1000 см2) и высоте подскока (прыжка) до 40–60 мм обеспечивает «солидную» силу удара по уплотняемому грунту‚ доходящую до 1000–2000 кгс‚ а по данным проспектов некоторых фирм‚ иногда даже до 4000–5000 кгс‚ действующую однако очень короткий промежуток времени – около 0‚008–0‚012 с. Развиваемые при этом максимальные динамические давления башмака могут достигать 4–6 кгс/см2‚ что в несколько десятков раз превышает его статическое давление (0‚05–0‚10 кгс/см2 или 500–1000 кгс/ м2).

Частота ударов у ручной вибротрамбовки невелика (около 10–11 ударов в сек.)‚ что‚ при средней скорости горизонтального ее перемещения 9–12 м/мин или 15–20 см/с и длине башмака 30–34 см‚ позволяет ей за один свой проход наносить около 15–20 ударов по одному месту уплотняемого грунта. Полную же реализацию своих потенциальных уплотнительных возможностей вибротрамбовка осуществляет за 2–4 прохода‚ т. е. нужное уплотнение грунта происходит примерно за 40–60 ее ударов по месту.

Интересно сравнить результаты уплотнения и параметры ручной вибротрамбовки и трамбующей плиты на экскаваторе (вес – 2–3 тс‚ диаметр подошвы – 1‚0–1‚5 м‚ статическое давление – 1000–2000 кгс/м2‚ высота сброса – 1–2 м и время действия давления – 0‚020–0‚060 с).

Последняя выполняет требуемое уплотнение (0‚95) всего за 6–10 установленных практикой ударов по месту.

Несмотря на значительное различие в весе‚ размерах‚ количестве ударов и других параметрах малогабаритной ручной вибротрамбовки и «солидной» трамбующей плиты‚ у них есть много общего и даже почти совпадающего.

В частности‚ толщины уплотнения (в относительных единицах) различных грунтов до степени 0‚95 у них практически близки и составляют 1‚7–2‚0 (песок‚ гравий)‚ 1‚4–1‚6 (слабосвязный грунт) и 1‚0–1‚2 (связный) от диаметра или меньшего размера стороны основания (башмака) плиты или трамбовки.

Это показал анализ данных многих фирм‚ выпускающих вибротрамбовки‚ и экспериментальных результатов автора по трамбующим плитам. Очевидно‚ в том и другом случае «работают» закономерности механики грунтов и теории подобия.

Следует однако заметить‚ что указанные толщины следует рассматривать как максимально возможные‚ которые будут реализованы только при надлежащих значениях статического давления и скорости удара башмака вибротрамбовки‚ совместно обеспечивающих его импульсное воздействие и соответствующее динамическое давление на грунт. При уменьшении этих параметров результат уплотнения (степень плотности и толщина прорабатываемого слоя) ухудшается.

Скорость удара у большинства вибротрамбовок с приведенными средними их параметрами близка к 2‚5–3 м/с и практически не регулируется. А вот статическое их давление варьируется до 2–3 раз‚ что и позволяет применять вибротрамбовки на разных типах и состояниях грунтов.

Для песчаных‚ обладающих более низкой прочностью на сжатие в рыхлом состоянии и легче поддающихся уплотнению при незначительных силовых воздействиях‚ необходимы вибротрамбовки с пониженным статическим давлением (около 550–650 кгс/м2). Для малосвязных грунтов (пески пылеватые‚ мелкие‚ супеси) статическое давление целесообразно повысить до 700–850‚ а для связных – до 900–1000 кгс/м2. Некоторые фирмы с целью обеспечения таких давлений создают вибротрамбовки различного веса и иногда снабжают их сменными башмаками разных размеров.

Показательным в отношении влияния статического давления ударной части‚ скорости удара‚ времени действия возникающего динамического давления и количества циклов нагружения на результат уплотнения может служить навесной экскаваторный гидромолот‚ оснащаемый круглой или квадратной трамбующей плитой соответствующего размера.

Для таких целей наиболее часто используются гидромолоты с энергией удара 1000–3000 Дж‚ но самыми подходящими по габаритам и воздействиям на песчаные и связные грунты в стесненных и труднодоступных местах следует считать модели с энергией около 1500–2000 Дж. У последних ударная часть весом 100–200 кгс через трамбующую плиту создает статическое давление 300–500 кгс/м2. При скорости удара 4–5 м/с на контакте с грунтом возникают достаточно приемлемые динамические давления (до 6–7 кгс/см2)‚ правда‚ действующие всего 0‚006–0‚007 секунд‚ что специальными датчиками экспериментально зафиксировано докторами технических наук Ивановым Р. А. и Федуловым А. И.

Применяемые сейчас передовые технологии и современные средства укладки и уплотнения горячих смесей позволяют дорожнику достаточно успешно и быстро справляться с этой сложной задачей в большинстве практических случаев, достигая высоких показателей ровности и плотности покрытия.

Если средний коэффициент уплотнения (Ку) у трети образцов асфальтобетона, отбиравшихся из верхних слоев покрытий проспектов и улиц Санкт-Петербурга в течение пяти лет, предшествующих распаду СССР, был ниже нормативного (0,98–0,99), то теперь брак уплотнения редко превышает 3–5%.

Дорожники ряда фирм Санкт-Петербурга и Ленинградской области (ВАД, Дорстройпроект и др.) стабильно добиваются положительных результатов в устройстве асфальтобетонных покрытий благодаря использованию таких эффективных и современных средств как перегрузчик смеси SB2500 фирмы Roadtec (США), укладчики фирм Dynapac (Швеция), Demag, Vogele и ABG (ФРГ), статические и вибрационные модели гладковальцовых, пневмоколесных и комбинированных катков немецких фирм Bomag (BW154AD) и Hamm (HD85, GRW15), шведской Dynapac (CC142C, CC211, CC232, CC422), американских Jngersoll-Rand (DD90HF) и Clark (TS80, TV20), российской Раскат (ДУ-93).

И, тем не менее, брак по качеству уплотнения и ровности покрытия тоже иногда бывает, хотя по объему он и невелик. Такое происходит чаще всего при устройстве тонких (2–3 см) выравнивающих слоев, в некоторых случаях при укладке обычных слоев (5–6 см) из пластичных песчаных смесей, при уплотнении более толстых (9–10 см) нижних слоев покрытий из крупнозернистых пористых смесей и в некоторых других, даже казалось бы стандартных случаях.

Одной из главных причин возникающего брака, если исключить элементарные технологические упущения, ошибки и нарушения, является само орудие выполнения операции уплотнения, т. е. функциональное несовершенство катка, в том числе современного вибрационного.

Никто на бытовом уровне не забивает мелкие и тонкие гвозди кувалдой или, наоборот, шпальные железнодорожные костыли легких домашним молотком.

А вот дорожный подрядчик фактически вынужден чуть ли не одним и тем же имеющимся у него катком вести уплотнение тонкого (2–3 см), среднего (5–7 см) и толстого (10–12 см) слоя асфальтобетона. Анализ же и расчеты, основанные на учете прочностных и деформативных свойств горячей смеси и других особенностей взаимодействия статического и вибрационного вальца с уплотняемой поверхностью таких слоев, показывают, что виброкаток, например, с вальцами 1680х1200 мм (ширина х диаметр) при укатке мелкозернистого щебенистого асфальтобетона должен иметь вес в первом случае около 6,5–7,0, во втором – 8,5 и в третьем – 10,5 т, а центробежную силу вибровозбудителя соответственно в пределах 4,5–4,7; 6–6,2 и 7,5–7,7 тс. При этом, при одинаковой частоте колебаний вальца, скорость укатки должна быть минимальной на тонком слое, а на толстом – максимально возможной.

Если к этому добавить различие в стартовой плотности горячей смеси после укладчика (коэффициент уплотнения от 0,83÷0,86 до 0,95÷0,97), в составах и типах смесей по гранулометрии (более пластичные песчаные и малощебенистые, более прочные и жесткие многощебенистые), в вязкости используемых битумов, в том числе модифицированных полимерами, прочности и жесткости нижележащих оснований, в технологических стадиях уплотнения (предварительная, основная, заключительная) и погодных условиях ведения работ (весна, лето, осень), то становится совершенно очевидной невозможность обеспечить одним–двумя наличными статическими или вибрационными катками выполнение такого многообразия практических видов и условий работ без широкого регулирования уплотняющих воздействий. Не приобретать же дорожнику на каждый случай отдельный каток.

Нельзя упрекнуть фирмы, создающие дорожные катки, что они игнорируют такую потребность дорожной практики и не предусматривают на своих образцах возможность варьирования силовых нагружений. Однако сами принципы регулирования, основанные на изменении только центробежной силы путем задания нескольких значений (чаще всего двух, хотя есть и больше) амплитуд и частот колебаний вальца, дают не всегда обоснованный крупный или очень мелкий шаг и диапазон регулирования создаваемых усилий и поэтому не могут охватить перечисленные варианты потребных видов и условий работ.

Очевидно наступила пора их осмысления и пересмотра с учетом изменений самого механизма деформирования материала при том или ином способе регулирования и с определением четко обоснованных границ значений создаваемых уплотняющих усилий. Порой ведь виброкатки одной и той же фирмы, да еще равного веса, обладают заметно отличающейся уплотняющей способностью, что свидетельствует об их целенаправленном и зачастую не очень широко задуманном практическом предназначении. Это, помимо всего прочего, может вводить в некоторое заблуждение дорожника и не давать ему необходимых общих ориентиров и критериев выбора и использования наиболее универсальных и эффективных образцов катков.

Иногда создается ощущение, что в одних случаях неудач с уплотнением или даже брака имеющиеся катки совершают чрезмерное «насилие» над уплотняемым материалом, в других – явно недостаточное. Если сопоставлять прочностные и деформативные свойства материала с нагрузками катков, то это ощущение перерастает в определенное убеждение и понимание необходимости улучшения их функциональных параметров и технологических приемов практического применения.

Основным потребителем нефтяных битумов является дорожное строительство, в настоящее время до 90% производимого во всем мире объема товарных битумов потребляется дорожной отраслью. Специалисты разных государств сходятся во мнении, что нефтяной битум является самым дешевым и наиболее универсальным материалом для применения в качестве вяжущего при устройстве дорожных покрытий.

Необходимо отметить тот факт, что дорожные битумы российского и зарубежного производства принципиально различаются по качеству, что предопределено различием нормативных требований к этому виду товарной продукции в нашей стране и за рубежом. Практика дорожного строительства в России, состояние дорог даже федерального значения опровергает мнение о безукоризненности существующих требований к дорожным битумам, сформулированных в ГОСТ 22245.

Многолетний опыт устройства и содержания дорожных покрытий с использованием битумов дорожных вязких марки БНД, изготавливаемых российскими НПЗ, свидетельствует о том, что, например, при значении показателя температуры хрупкости битума, равном −27°C (что намного превышает предел, указанный ГОСТ 22245), разрушение покрытия начинается уже в первый год эксплуатации по причине недостаточной способности битумного вяжущего к растяжению (и это при соответствии значения показателя растяжимости битумов при 25 и 0°C нормативным требованиям).

Положительные результаты применения в последние 10 лет при строительстве и ремонте дорожных покрытий в Санкт-Петербурге и Ленинградской области битумов, характеризующихся иными, чем битумы марок БНД, свойствами, например фирм NESTE, NYNAS, БДУ (Ухтинский НПЗ), позволяют сделать вывод о том, что в основе своей для повышения эксплуатационной надежности дорожных покрытий оказывается достаточным изменить качество дорожного битума.

Использование битумов зарубежного производства и битума дорожного улучшенного марки БДУ (ТУ 38.1011356-91) в составе асфальтобетонных смесей взамен битума дорожного вязкого марки БНД (ГОСТ 22245-90) обеспечило возможность заказчику требовать, а подрядным организациям Санкт-Петербурга принимать на себя гарантийные обязательства на устроенные верхние слои дорожных одежд сроком до 5–7 лет.

Более высокая эксплуатационная надежность асфальтобетонов, изготовленных с применением вышеуказанных марок битума, обусловлена оптимальным комплексом реологических свойств последнего. Это достигается регламентацией зарубежными стандартами требований к таким показателям качества битумов, как кинематическая вязкость при 135°C, динамическая вязкость при 60°C, и установлением пределов изменения глубины проникания иглы, растяжимости при 25°C, динамической вязкости при 60°C в процессе испытания битума на термостабильность по методике ASTM D 1754 (или ASTM D 2872), имитирующей условия воздействия на битумную пленку кислорода воздуха при повышенной температуре в асфальтосмесителе при изготовлении горячих асфальтобетонных смесей.

Анализ результатов испытания (в том числе и по методикам ASTM) битумов дорожных российского производства (таблица 1) показывает, что при идентичности значений показателя глубины проникания иглы при 25°C и других битумы, изготовленные из остатков переработки разных по химическому составу нефтей, принципиально различаются по вязкости. При работе в составе дорожного асфальтобетона наиболее устойчивым к воздействию сдвиговых усилий в теплое время года оказывается битум марки БНД 60/90, характеризующийся более высокой динамической вязкостью при 60°C. Однако, трещиностойкость асфальтобетонных покрытий при прочих равных условиях зависит от способности битума выдерживать без разрушения растягивающие усилия.

Однако перечень выполняемых на АБЗ технологических операций, а следовательно и номенклатура технологического оборудования АБЗ, значительно шире просто комплекса операций по приготовлению смесей и перечня необходимого дляприготовления их оборудования.

Перечень технологических и обеспечивающих операций включает:

технологические операции (комплекс операций) по приготовлению смесей, включая предварительное дозирование минеральных материалов, нагрев и сушку минеральных материалов, сортировку (грохочение) и кратковременное хранение нагретых каменных материалов, точное дозирование минеральных материалов, битума или другого специального вяжущего, минерального порошка и добавок, смешение составляющих в мешалке и выгрузка из мешалки готовой (товарной) асфальтобетонной смеси;
технологические операции по приему, хранению и подаче в бункеры по фракциям каменных материалов, а при необходимости получение на АБЗ необходимых по крупности фракций щебня и песка путем дробления и сортировки более крупных фракций щебня;
технологические операции по приему, хранению, нагреву и подаче в дозаторы битума;
технологические операции по приему, хранению и подаче в дозатор минерального порошка (заполнителя);
технологические операции по приему, хранению, нагреву и подаче в дозатор поверхностно-активных веществ (ПАВ);
технологические операции по складированию, кратковременному хранению и отгрузке готовой асфальтобетонной смеси.

Для выполнения всего комплекса технологических операций в состав АБЗ входит следующее технологическое оборудование:

асфальтосмесительные установки;
приемные устройства для каменных материалов, площадки для их хранения и машины для их подачи в бункеры асфальтосмесительных установок;
приемные устройства для битума, хранилища (емкости) для битума, битумонагревательное оборудование, битумные насосы;
приемные устройства и площадки для бочек с ПАВ или емкости для ПАВ, нагреватели для ПАВ и насосы для их подачи к смесителю;
приемные устройства и емкости для хранения минерального порошка и насосы (пневмосистемы) для подачи его к смесителю;
загрузочное устройство (скип или элеватор) готовой смеси, бункеры-накопители готовой смеси;
дробильно-сортировочное оборудование для получения требуемых фракций щебня и песка.

Множество факторов, которые воздействуют на дорожную одежду, рано или поздно приводят к появлению дефектов на дорожном покрытии. Наиболее распространенным видом дефектов являются трещины. Вовремя не отремонтированные трещины постепенно превращаются в очаг разрушения дорожной одежды. Трещины классифицируются по ширине на узкие – до 5 мм, средние – 5–10 мм и широкие – 10–30 мм.

В зависимости в основном от ширины и причин образования трещин выбирается технология их ремонта и состав применяемого оборудования. Основной задачей при ремонте трещин является предотвращение проникновения через них воды в нижележащие слои дорожной одежды. Гидроизоляция трещин достигается за счет их герметизации битумом или специальными материалами – резинобитумной или битумно-полимерной мастиками.

Следует сразу отметить, что для обеспечения качества герметизации трещин необходимо в первую очередь ориентироваться не на битум, а на мастики горячего применения, физико-механические свойства которых значительно превосходят свойства битума. В настоящее время как отечественные, так и зарубежные фирмы выпускают широкую гамму мастик, лучшими из которых по эксплуатационным качествам являются битумно-полимерные.

При выборе мастик необходимо ориентироваться на их основные свойства: температуру размягчения, которая у отдельных марок составляет +100°С; температуру хрупкости (до −50°С); относительное удлинение (до 150% при температуре +20°С), эластичность (до 95%).

Помимо мастики, огромное влияние на качество герметизации трещин оказывает правильный выбор и строгое соблюдение технологии производства работ и применяемого оборудования.

Узкие трещины не требуют большого набора сложных технологических операций. Как правило, трещины шириной до 5 мм очищают продувкой сжатым воздухом, просушивают, прогревают и заполняют битумной эмульсией или мастикой с высокой проникающей способностью. Просушку трещины, как правило, совмещают с операцией прогрева, при этом необходимым условием является нагрев зоны трещины до температуры не менее 80°С.

Средние и широкие трещины изначально должны быть оценены на предмет разрушения кромок. В случае, если трещина имеет разрушенные кромки, технология ремонта должна начинаться с операции ее разделки, то есть искусственного расширения ее верхней части с образованием камеры, в которой обеспечивается оптимальная работа герметизирующего материала на растяжение в период раскрытия трещины. Причем ширина камеры должна быть не меньше зоны разрушения кромок трещины. Для создания наилучших условий работы герметика в камере соотношение ее ширины и глубины обычно принимается как 1:1. Кроме того, при определении геометрических размеров камеры необходимо учитывать максимально возможное раскрытие трещины и относительное удлинение используемого герметизирующего материала. Обычно ширина камеры находится в пределах 12–20 мм.

В случае, когда кромки трещины не подвергались разрушению и имеется возможность качественно загерметизировать трещину без ее разделки, данную операцию можно исключить из технологического процесса.

Следует отметить, что операция фрезерования или разделки трещины является наиболее дорогостоящей из-за высокой стоимости применяемого инструмента, и включение ее в технологию производства работ должно быть экономически и технически обосновано.

Важнейшим условием обеспечения качества герметизации трещин является наличие хорошего сцепления герметика со стенками неразделанной трещины или отфрезерованной камеры. В связи с чем большое внимание уделяется проведению подготовительных работ по очистке и просушке трещины. Даже небольшое количество грязи или влаги в полости трещины не позволяет обеспечить надежную адгезию мастики к ее стенкам. В некоторых случаях для улучшения адгезии производят подгрунтовку стенок отфрезерованной камеры праймером – маловязкой пленкообразующей (склеивающей) жидкостью.

Однако данная операция более эффективна при ремонте цементобетонных, чем асфальтобетонных покрытий. Для асфальтобетонных покрытий более целесообразно использовать прогрев зоны трещины до температуры, при которой происходит выделение вяжущего из асфальтобетона на стенках трещины, которое увеличивает прочность сцепления герметика со стенками. Бесспорно, основной технологической операцией при ремонте трещин является их заливка горячей мастикой. Мастика предварительно нагревается до температуры 150–180°С, после чего подается в устроенную камеру или непосредственно в полость трещины.

При этом в зависимости от применяемого оборудования можно либо произвести герметизацию самой трещины, либо одновременно с заливкой устроить на поверхности покрытия в зоне трещины пластырь. Такой пластырь шириной 6–10 см и толщиной 1–3 мм позволяет укрепить кромки трещины и предотвратить их разрушение. Однако опыт проведения таких работ на МКАД показывает, что устройство пластыря в зоне трещины на автомобильных дорогах с высокой интенсивностью движения малоэффективно, так как материал пластыря довольно быстро разрушается колесами движущегося транспорта.

Завершающей операцией технологии ремонта трещин является присыпка загерметизированной трещины дробленым сухим песком фракции 3–5 мм, близким по цвету основному минеральному материалу покрытия. Присыпка служит для восстановления общей текстуры и шероховатости покрытия, а также предотвращает налипание мастики на колеса автомобиля.

Технологический процесс санации трещин должен быть практически непрерывен. Операции очистки от пыли и грязи, просушки, прогрева и заливки трещин должны переходить одна в другую при минимальном разрыве по времени.

Правда, после объявленных недавно приоритетов в выделении средств на ремонтные работы эта ситуация стала несколько выправляться на федеральных дорогах магистрального направления и на столичных улицах и проспектах. Хуже, если не сказать совсем плохо, обстоят дела на дорогах территориального подчинения, особенно на чрезмерно удаленных от административных центров.

Причина такого незавидного и унизительного положения национальных автодорожных артерий всем хорошо и давно известна – в бюджетах страны и субъектов федерации нет в достатке средств на эти цели и работы. А пока объемы «умирающих» дорог с просроченными сроками службы и низким качеством покрытий продолжают превышать объемы ремонтируемых.

В преддверии уже начавшегося тысячелетия многие страны, в том числе развитые и богатые, тоже стояли перед подобной кризисной проблемой недостаточного финансирования планов и работ по восстановлению и модернизации состарившихся дорожных сетей. Нужны были новые рентабельные методы реанимации этих сетей, которые явились бы альтернативой прежним материалоемким и достаточно дорогостоящим технологиям.

Одной из таких альтернатив стал метод терморегенерации или термофрезерного восстановления утраченных в процессе эксплуатации свойств и качеств асфальтобетонного покрытия. Экономическая привлекательность и плодотворность этой технологии состояла в том, что имеющийся в дороге материал использовался повторно. Поэтому отпадала нужда вывозить с дороги удаляемый старый и привозить новый асфальтобетон. Однако этот горячий метод себя не оправдал из-за быстрого старения битума и низкой долговечности восстанавливаемых покрытий (разрушения начинались через 2–3 года).

Исправно отслуживший свое время в различных технологических вариациях (remix, remix plus, repave и др.) и постепенно отходящий от серьезного использования термофрезерный способ стал постепенно вытесняться методом холодного фрезерного удаления дефектных и изношенных покрытий с заменой снятого асфальтобетона на привозной новый («свежий»).

Этот метод со временем стал технологическим приоритетом для дорожников большинства стран мира, несмотря на очевидность его затратного характера и отступление от главного принципа горячей регенерации – безотходности и экономичности.

Нужно было опять искать и разрабатывать другие альтернативные решения. Так около 12–13 лет назад появилась привлекательная и перспективная технология холодного ресайклинга дорожных одежд на месте или прямо на дороге (cold deep in-place recycling). Она получила мировое признание за свой возврат к главным идеям терморегенерации, но на более высоком качественном уровне конечного результата, и в первую очередь относительно долговечности или сроков службы восстанавливаемых по этой технологии дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями.
Машина RM-350B фирмы Caterpillar для холодной регенерации и стабилизации дорожного покрытия
Рис. 2. Машина RM-350B фирмы Caterpillar для холодной регенерации и стабилизации дорожного покрытия

Невзирая на свою относительную молодость, география и объемы практического использования холодного ресайклинга стали постепенно расширяться, особенно после появления и насыщения рынка специальными машинами фирм Wirtgen, Германия (рис. 1), Caterpillar, США (рис. 2), Bomag, Германия (рис. и других. Есть основания полагать, что пик популярности и производственных успехов, в том числе в России, у холодного ресайклинга еще впереди.

Долгое время в СССР (Россия и СНГ) наиболее распространенным способом восстановления и повышения прочностных и эксплуатационных показателей дефектных и изношенных дорожных одежд было устройство дополнительного слоя усиления (4–5 см) поверх подготовленного ямочным ремонтом старого покрытия. Порочность его состояла в том, что через сравнительно небольшое время во вновь уложенном слое копировались дефекты старого покрытия, особенно так называемые отраженные трещины. Предварительная укладка над старыми трещинами специальных геосинтетических сеток несколько отодвигала срок их появления, но не исключала вовсе.

Технология горячей регенерации продолжительное время также была на вооружении некоторых крупных российских подрядчиков, прежде всего в больших городах и на магистральных дорогах. Из-за дороговизны комплекта машин для технологии, к примеру, remix средние и мелкие дорожные подразделения были лишены возможности приобретать этот комплект и загружать его надлежащим объемом работ. Поэтому необходимый ремонт и реконструкция покрытий производились в основном по первому, порочному способу.

Правда, с появлением и более широкой доступностью средних и крупных менее дорогих, чем ремиксеры, холодных фрез фактически все подрядчики, в том числе выполняющие ямочный ремонт, перешли на повсеместно и широко теперь применяемый в России метод замещения изношенного асфальтобетона, удаляемого этими холодными фрезами, на новый из свежей смеси. Такой затратный способ преобладает сейчас на капитальном ремонте покрытий большинства федеральных и территориальных дорог.

Технология холодного ресайклинга тоже пробивает себе дорогу на российские дорожные объекты, но не так быстро, как того она заслуживает. Имеющиеся единичные экземпляры холодных ресайклеров в Архангельской, Самарской, Свердловской, Кемеровской областях, Подмосковье и Западной Сибири не могут пока влиять на общую ситуацию.

Если учесть объемы накопившегося недоремонта, следует признать, что этот метод внедряется у нас вяло и как-то нехотя. То ли нет команды «сверху», как в прежние времена, то ли российские специалисты не до конца еще разобрались в сути, возможностях и экономических достоинствах этой новой технологии, то ли наши дорожные подрядчики-бизнесмены насчитали не слишком большую прибыль для своих фирм от ее внедрения.

А суть этой новой для российской дорожной отрасли технологии состоит в том, что для повторного или дальнейшего использования лежащего в дороге, состарившегося и разрушенного материала изношенной и дефектной дорожной одежды (рис. 3) необходимо определенное его укрепление (стабилизация) комплексными добавками органических (горячий битум, вспененный битум, битумная эмульсия) и минеральных (в основном цемент, реже известь) вяжущих. Для этого и создан холодный ресайклер, который способен своим мощным фрезерным барабаном измельчить материал дорожной одежды (покрытия и основания) на глубину до 30 см, а в некоторых случаях и более, с одновременной его обработкой указанными вяжущими (стабилизаторами) и с распределением ровным слоем. Последующее заключительное уплотнение выполняется обычными дорожными катками.

либо как профилактический слой, который закрывает и предохраняет в плохую погоду основные конструктивные слои дорожных покрытий от преждевременного разрушения;
либо как слой износа, подверженный стиранию в процессе движения, предохраняя наилучшим образом структуру дороги. Такому слою требуется только периодическое обновление для придания структуре дороги ее первоначальных качеств;
либо как верхний слой дорожного покрытия с характеристиками шероховатости, обеспечивающими сцепление и хорошее дренирование поверхностных вод, приводящими к значительному понижению порога аквапланирования и создающими, благодаря повышенному удельному давлению, хорошее сопротивление формированию гололеда.

Кроме технических преимуществ, поверхностные обработки имеют достаточно конкурентоспособную стоимость по сравнению с комплексом верхних слоев дорожных одежд, используемых в этих случаях.

Существует много различных способов устройства поверхностных обработок, из которых в настоящей статье рассматривается лишь один – использование для этой цели фракционного щебня и различных органических вяжущих, в том числе эмульгированных.

Чтобы создать поверхностную обработку, соответствующую представленным требованиям, необходимо при ее устройстве соблюдать несколько принципиальных положений:

использовать вяжущее, которое прочно и надолго соединяется с поверхностью покрытия или основания. Это соединение называется парой «вяжущее – основа»;
каменный материал должен быть прикреплен к покрытию или основанию, а каждая щебенка должна быть прочно соединена с соседними. Это взаимодействие называют парой «вяжущее – щебень»;
количество вяжущего должно быть достаточным, чтобы покрыть пленкой каждую щебенку на необходимую высоту и заполнить все микротрещины покрытия, но не быть избыточным, чтобы не выступать на поверхность щебеночного слоя. Это основной принцип дозировки и распределения вяжущего;
каменный материал должен быть чистым, обладать высокими физико-механическими свойствами (прочностью, морозостойкостью, сопротивлением истиранию и др.), иметь определенные формы и размеры. Это основные требования к каменным материалам;
количество каменного материала должно быть достаточным, чтобы создать нужную структуру поверхности, но не быть излишним, чтобы избежать необходимости удаления его. Это принцип дозировки и распределения каменного материала;
каждая щебенка должна занять наиболее стабильное положение, а все вместе должны создавать сплошной монолитный слой с шероховатой поверхностью. Это основной принцип уплотнения.

Таковы основные принципы обеспечения высокого качества поверхностной обработки. Кроме того, есть ряд дополнительных условий:

все работы по устройству поверхностной обработки должны быть выполнены в наиболее благоприятных условиях погоды. Это принцип назначения сроков выполнения работ;
до начала работ должны быть решены все организационные вопросы, касающиеся поставки материалов, подготовки машин и оборудования. Это принцип организации работ;
в процессе работ должны строго выполняться требования к технологии производства работ и качеству применяемых материалов. Это принцип организации контроля качества.

Поверхностные обработки с использованием фракционированного щебня устраивают преимущественно на участках дорог с опасными и затрудненными условиями движения на дорогах I – III категорий.

В зависимости от типа и состояния покрытия поверхностные обработки могут быть одиночными и двойными; на цементобетонных покрытиях – только двойными.

Кажущаяся простота производства щебня – дробление горных пород – обманчива, так как современные технологии производства строительных материалов и изделий на их основе предъявляют все более высокие требования к качеству щебня, используемого, в основном, как заполнитель при производстве бетонов, асфальтобетонов и дорожных покрытий.

Щебень для дорожного строительства

Щебень является одним из основных материалов, применяющихся для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог. От его качества в значительной мере зависят их потребительские свойства (ровность, коэффициент сцепления и т.д.) и долговечность. Особенно это относится к щебню, применяемому для устройства верхних слоев дорожной одежды, непосредственно воспринимающих высокие механические нагрузки от движущегося транспорта, находящихся под воздействием природных факторов и антигололедных химических средств.

Щебень, применяемый в дорожном хозяйстве, условно можно разделить на три группы:

щебень для устройства оснований дорожных одежд (любые, но преимущественно осадочные скальные и рыхлые горные породы с крупностью фракций 5–20, 20–40, 40–70, 0–40, 0–70 мм);
щебень для нижних слоев покрытий (метаморфические и магматические горные породы с крупностью фракций 5–20 и 20–40 мм);
щебень для верхних слоев покрытий из асфальтобетонных смесей типа А и поверхностной обработки (магматические и частично метаморфические горные породы крупностью щебня от 5 до 20 мм) с содержанием зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы не более 15% (группа 1 по ГОСТ 8267-93), который принято называть «кубовидным».

Общий объем производства каменных материалов (щебень, гравий, песок) в России в настоящее время составляет примерно 140 млн м3 в год, причем примерно половина этого количества используется в дорожном строительстве.

За последние годы сформировался устойчивый спрос на щебень кубовидной формы со стороны дорожно-строительных организаций, но эта потребность в РФ сейчас удовлетворяется только на 30–40%.