Асфальтирование дорог: основные этапы и технологические особенности

Технология асфальтирования: общая схема работ

Процесс асфальтирования дороги представляет собой последовательность технологических операций, каждая из которых влияет на устойчивость покрытия и его способность выдерживать нагрузки. В отличие от простого распределения асфальтовой смеси по грунту, полноценное устройство дороги требует формирования многослойной конструкции. Нарушение на любом из этапов приводит к преждевременному разрушению покрытия, поэтому технологический порядок и параметры выполнения работ регламентированы отраслевыми нормами. С детальным описанием каждого этапа и требований к ним можно ознакомиться по ссылке Подробнее.

Срок службы новой дороги в значительной мере определяется точностью соблюдения всех требований начиная с подготовки земляного полотна и заканчивая уплотнением верхнего слоя. Инженерная схема дорожной одежды обычно включает несколько уровней, каждый из которых решает свою задачу: отвод влаги, распределение нагрузки, обеспечение ровности и сцепления с шинами.

Что входит в устройство дорожной одежды

Дорожная одежда — это несущая конструкция, которая воспринимает усилия от транспортных средств и передает их на грунт. Для дорог с твердым асфальтобетонным покрытием в типовом проекте предусматриваются следующие слои:

• земляное полотно — спланированный и уплотненный грунт, служащий основанием всей конструкции;
• подстилающий слой — песок или песчано-гравийная смесь, выравнивающая и дренирующая функция;
• основание — слой из щебня, гравия или укрепленных материалов, воспринимающий основные нагрузки;
• нижний слой асфальтобетона — крупнозернистая смесь толщиной обычно 6–8 см;
• верхний слой асфальтобетона — плотная мелкозернистая смесь толщиной 4–5 см, контактирующая с колесами автомобилей.

Асфальтобетонная смесь, используемая для устройства слоев, состоит из щебня различных фракций, песка, минерального порошка и битума. Битум выполняет роль вяжущего вещества: он обволакивает поверхность минеральных зерен и связывает их в монолит. Для разных климатических условий применяются битумы с различной пластичностью, например марки БНД 60/90 или БНД 100/130. Выбор марки влияет на трещиностойкость покрытия при низких температурах и на устойчивость к образованию колеи в теплое время года.

Размер зерен щебня определяет тип смеси. Для верхнего слоя применяются мелкозернистые смеси с зернами не крупнее 20 мм, для нижнего — средне- и крупнозернистые смеси с фракциями до 40 мм. Количество минерального порошка и содержание битума рассчитывается в лабораторных условиях, чтобы получить требуемую остаточную пористость, обычно в пределах 2,5–5%. Отклонение от проектного состава приводит к сдвигам, трещинам или выкрашиванию.

Роль земляного полотна и основания

Земляное полотно принимает на себя всю нагрузку от дорожной одежды. Прочность и устойчивость конструкции напрямую зависят от качества подготовки грунта. При строительстве снимается растительный слой, производится выемка в одних местах и подсыпка в других, чтобы обеспечить проектный продольный и поперечный профиль. Поперечный уклон обычно составляет 15–30 тысячных и необходим для беспрепятственного стока дождевой и талой воды с поверхности.

Грунт уплотняется послойно с помощью катков или виброплит. Степень уплотнения грунта по стандарту должна быть не ниже 0,95 для верхней части земляного полотна и 0,98 в зоне рабочего слоя при высоких нагрузках. Если грунт недостаточно уплотнен, уже в первые годы эксплуатации происходят просадки и волны на асфальте.

Поверх земляного полотна устанавливается основание. Оно распределяет точечные усилия от колес на большую площадь и защищает грунт от переувлажнения. В качестве материалов основания применяются щебеночные смеси, гравий, пескоцементная смесь, а также грунты, укрепленные битумом или цементом. Толщина основания составляет обычно 20–40 см в зависимости от категории дороги и интенсивности движения. Каждый слой основания уплотняется катками до достижения требуемого модуля деформации, который фиксируется по результатам испытаний штампом.

Для повышения прочности в конструкцию могут вводиться геосинтетические материалы — геотекстиль и геосетки. Они укладываются на границе земляного полотна и основания, предотвращая взаимопроникновение частиц и увеличивая срок службы дорожной одежды.

Подготовительные работы перед укладкой асфальта

Перед началом распределения асфальтобетонной смеси выполняется комплекс мероприятий, который определяет качество сцепления нового слоя с основанием. На подготовительном этапе решается вопрос о необходимости удаления старого асфальта, ремонтируются локальные разрушения, обустраиваются дренажные системы и устанавливаются бордюрные камни.

Очистка, демонтаж и ремонт старого покрытия

Решение о демонтаже существующего асфальтобетонного покрытия принимается на основе его состояния. Если покрытие имеет небольшие выбоины и отдельные трещины, допускается их устранение с последующим нанесением нового слоя. Однако такие работы возможны только при сохранении общей несущей способности и ровности. При наличии просадок, глубокой колеи или сетки трещин на большой площади требуется удаление старого материала.

Фрезерование — распространенный способ демонтажа верхнего слоя. Дорожная фреза снимает асфальтобетон глубиной от 3 до 15 см, выравнивая профиль. Образующиеся при фрезеровании гранулы используются для производства вторичного асфальтобетона, что снижает потребность в новых материалах. После фрезерования поверхность очищается от пыли, грязи и остатков битума. Очистка необходима потому, что посторонний слой препятствует прочному контакту нового асфальта с основанием.

Если конструкция повреждена глубже, выполняется разработка дорожной одежды с заменой основания. Поврежденные участки вырезаются, вмещающий грунт заменяется асфальтобетоном и уплотняется. Такой ремонт применяется при местных разрушениях, когда остальная часть дороги сохраняет работоспособность.

Устройство дренажа и бортовых элементов

Отвод воды считается одной из главных задач при подготовке дорожного полотна. Влага, проникающая в основание и земляное полотно, снижает их несущую способность, вызывает морозное пучение и ускоряет разрушение асфальтобетона. Для защиты конструкции по кромкам проезжей части выполняются кюветы или дренажные лотки, в пониженных местах устанавливаются дождеприемные колодцы и перепускные трубы.

Под основанием нередко устраивается дренирующий слой из песка или щебня, а также укладываются дренажные трубы с геотекстильным фильтром. Такая система позволяет перехватывать капиллярную влагу и отводить ее за пределы дороги. Правильно работающий дренаж существенно уменьшает вероятность просадок и трещин в первые годы эксплуатации.

Бортовые элементы — бордюры (бортовые камни) — устанавливаются до укладки асфальтобетона. Бордюр фиксирует боковую кромку покрытия, препятствует раскалыванию и позволяет точно выдержать проектную ширину проезжей части. Бетонные камни монтируются на цементную подушку, их положение выверяется по нивелиру. Наружная грань бордюра должна находиться на уровне или несколько выше проектной отметки асфальта, поскольку в противном случае вода будет задерживаться у кромки. Кроме того, до укладки верхнего слоя на проектные отметки выводятся крышки люков и решетки дождеприемников, чтобы после завершения работ они не создавали перепадов высоты.

Укладка и уплотнение асфальтобетонной смеси

Непосредственная укладка асфальтобетонной смеси — наиболее ответственная стадия, требующая четкой организации работы техники и строгого контроля времени. Смесь приготавливается на заводе горячей, затем доставляется самосвалами к месту укладки. После начала распределения все последующие операции должны выполняться в строго ограниченном временном промежутке, пока материал сохраняет необходимую температуру.

1. Обработка основания битумной эмульсией для улучшения сцепления.
2. Выгрузка смеси в бункер асфальтоукладчика.
3. Распределение смеси выравнивающей плитой с заданной толщиной.
4. Предварительное уплотнение легкими катками.
5. Окончательное уплотнение тяжелыми вибрационными катками.
6. Проверка ровности и степени уплотнения с исправлением отдельных участков.

Требования к температуре и погодным условиям

Температурный режим является главным технологическим фактором. Готовая асфальтобетонная смесь на заводе имеет температуру 150–170 °C. Транспортировка выполняется в утепленных кузовах или с укрытием поверхности, чтобы снизить теплопотери. К началу укладки температура смеси должна быть не ниже 120 °C для большинства горячих смесей и не выше 150 °C, так как перегретый битум теряет пластичность и адгезионные свойства. Если температура опускается ниже допустимой, смесь становится жесткой и не поддается уплотнению, а получаемый слой имеет повышенную пористость.

Погодные условия ограничивают период производства работ. По нормативам укладка горячего асфальтобетона выполняется при температуре воздуха не ниже +5 °C, так как в холодную погоду смесь остывает слишком быстро. Запрещается работать во время дождя, при снегопаде или на покрытии, покрытом влагой и льдом. Нижняя граница температуры воздуха может быть повышена при сильном ветре, который способствует быстрому охлаждению смеси. Для продления допустимого интервала времени применяется подогрев основания специальными машинами, однако при значительном снижении температуры воздуха это становится экономически нецелесообразным.

Контроль температуры ведется на каждом этапе: в кузове самосвала, в бункере укладчика и непосредственно в укладываемом слое. Используются инфракрасные термометры или термопары. Данные записываются в журнал работ и служат обоснованием при приемке.

Работа асфальтоукладчика и катков

Асфальтоукладчик представляет собой самоходную машину с гусеничным или колесным ходом. Гусеничные модели применяются на объектах с протяженными участками, колесные — при маневрировании в ограниченном пространстве. Укладчик движется со скоростью 2–6 м/мин, что позволяет сохранять непрерывность процесса и равномерную подачу смеси. Основной рабочий орган — выравнивающая плита — совершает вибрационные движения и частично уплотняет смесь. Ширина укладываемой полосы регулируется от 2 до 10 м в зависимости от модели машины.

Сразу за укладчиком включаются дорожные катки. Для горячего асфальтобетона используются катки с гладкими металлическими вальцами, с вибрационным режимом и без него. Последовательность уплотнения стандартна: сначала легкий каток массой 5–8 т прокатывает слой два-три раза без вибрации, затем средний каток массой 10–12 т выполняет уплотнение с вибрацией, финальный проход осуществляется тяжелым катком массой до 18 т также с вибрацией. Число проходов по одному следу устанавливается технологической картой и может составлять от 6 до 12.

Вибрационное уплотнение уменьшает количество воздушных пустот и обеспечивает плотный контакт между частицами смеси. Завершить уплотнение необходимо до того, как смесь остынет до температуры ниже 100 °C, иначе достичь требуемого коэффициента уплотнения невозможно. Особое внимание уделяется местам примыкания полос: если соседняя полоса укладывается с перерывом, стык называется холодным и требует особого ухода. Для этого кромку прогревают (например, инфракрасными горелками) или обрабатывают битумной эмульсией перед посылкой смеси. Необработанные холодные стыки являются слабым местом покрытия и растрескиваются в первую очередь.

Контроль качества и типичные дефекты покрытия

После завершения уплотнения и остывания асфальтобетона проводится комплекс проверок, по результатам которых делается вывод о готовности дороги к открытию движения. Контроль подразделяется на оперативный, выполняемый во время работ, и лабораторный, осуществляемый по образцам покрытия.

Параметры приемки асфальтобетонного покрытия

Толщина каждого слоя определяется по кернам — цилиндрическим вырубкам, которые извлекают из покрытия после его остывания. Диаметр керна обычно составляет 100 мм. Керны отбираются строго по оси проезжей части и в местах, указанных проектом. Допустимое отклонение толщины верхнего слоя не превышает 5–10% от проектной. Ровность покрытия проверяется трехметровой рейкой: ее укладывают на поверхность вдоль направления движения, измеряя просвет. Для верхнего слоя просвет не должен превышать 3 мм, для нижнего — 5 мм. Измеряются также поперечные уклоны с помощью уклономера, их значения должны соответствовать проекту (обычно 15–30‰).

Коэффициент уплотнения определяется для каждого слоя. Для этого фактическую среднюю плотность асфальтобетона, рассчитанную по вырубкам, делят на плотность той же смеси, уплотненной в лабораторных условиях по стандарту. Для верхнего слоя коэффициент должен быть не менее 0,99, для нижнего — не менее 0,98. При меньших значениях покрытие считается недоуплотненным, что ведет к увеличению водонасыщения и снижению морозостойкости.

Показатели контроля для типового асфальтобетонного покрытия приведены в таблице.

Лабораторные испытания кернов включают определение водонасыщения, пористости минерального остова и предела прочности при сжатии. Если показатели не соответствуют нормативным, участок дороги бракуется. Для исправления недоуплотненных участков применяется повторное уплотнение тяжелыми катками (при сохранении температуры) либо переделка покрытия.

Причины появления трещин, колеи и выкрашивания

Трещины в асфальтобетоне образуются при превышении предела прочности материала на растяжение. Это может происходить из-за температурных перепадов, когда покрытие сжимается и расширяется, а также при усталостных явлениях от многократных нагрузок. Характерным условием возникновения трещин является недостаточная толщина слоя, применение жесткого битума с пониженной пластичностью или некачественное уплотнение. Отраженные трещины появляются над стыками и швами основания, если оно имеет подвижки.

Колея образуется на полосах наката и представляет собой пластическое смещение материала. Основные причины — избыточное содержание битума в смеси, недостаточная устойчивость при высокой температуре, а также плохое сцепление между слоями. Если нижний и верхний слои не связаны достаточно прочно, под воздействием шин верхний слой сдвигается и образует волны и гребни. Способствует колее и чрезмерная нагрузка при недостаточной толщине дорожной одежды.

Выкрашивание зерен щебня с поверхности происходит из-за потери адгезии битума к минеральным частицам. Оно усиливается при попадании воды в микротрещины и при последующем замерзании, а также под действием шипованных шин. В зимний период противогололедные реагенты способны химически изменять битумную пленку, делая ее хрупкой. Выкрашивание часто свидетельствует о недостаточном содержании битума в исходной смеси или о высокой водонасыщенности.

К менее распространенным, но характерным дефектам относятся наплывы и пузыри. Наплывы образуются при укладке смеси на влажное основание или при перегреве верхнего слоя. Пузыри появляются, когда под асфальтом остается воздух или водяной пар, расширяющийся при высокой температуре. Эти дефекты также связаны с нарушением технологии подготовки поверхности.

Приемка каждого этапа асфальтирования предусматривает проверку соответствия фактических параметров проектной документации и действующим нормам. Данные лабораторных испытаний и результаты геодезических замеров фиксируются в исполнительной документации, которая становится основанием для эксплуатации дороги.

Долговечность асфальтобетонного покрытия зависит не только от качества смеси, но и от соблюдения технологической последовательности работ, температурных режимов и требований к уплотнению. Полный цикл устройства покрытия на участке дороги протяженностью несколько сот метров занимает от нескольких дней до недели, включая время подготовки основания и набора прочности асфальтобетона. Скорость строительства зависит от погодных условий, числа единиц техники и степени готовности земляного полотна.

Видео