Всё об асфальтировании / Дорожно-строительный дайджест

Изменение состояния асфальтированной дороги в процессе эксплуатации

Основные факторы, влияющие на состояние дороги в процессе ее эксплуатации

Современная автомобильная дорога общего пользования представляет собой сложную инженерную конструкцию, состоящую из множества элементов. Главными конструктивными элементами автомобильной дороги являются земляное полотно и дорожная одежда (состоящая из одного или нескольких слоев дорожного основания, а также одного или нескольких слоев дорожного покрытия).

Земляное полотно — конструктивный элемент дороги, служащий основанием для размещения дорожной одежды, а также технических средств организации дорожного движения и обустройства дороги.

Дорожная одежда — конструктивный элемент дороги, представляющий собой многослойное сооружение, каждый слой которого выполнен из дорожно-строительного материала различной прочности и выполняет определенную функцию в работе всей одежды. Дорожная одежда воспринимает нагрузку от транспортных средств и передает ее на грунт земляного полотна.

В процессе эксплуатации автомобильная дорога регулярно подвергается воздействию многократно повторяющихся нагрузок от проезжающего транспорта, а также влиянию погодно-климатических (отрицательная температура, снег, дождь и др.) и грунтово-гидрологических факторов, что со временем приводит к возникновению в слоях дорожной одежды и земляном полотне различных напряжений и деформаций. Постепенно накапливаясь, такие напряжения и деформации приводят к разрушению дорожной одежды и появлению на поверхности дороги различных дефектов в виде трещин, выбоин, провалов, колейности, наплывов в асфальтированном покрытии и др.

Деформацией земляного полотна и дорожной одежды называется изменение их размеров и формы без потери массы и сплошности. Разрушением дорожной одежды и земляного полотна называется изменение их размеров и формы с уменьшением массы или потерей сплошности (монолитности). Деформации и разрушения возникающие в земляном полотне неизбежно приводят к деформации и разрушению слоев дорожной одежды.

Факторы, оказывающие влияние на образование деформаций и появление разрушений в конструктивных элементах автомобильной дороги в процессе ее эксплуатации, могут быть как внешними, так и внутренними.

Внутренние факторы, оказывающие влияние на состояние дороги

К внутренним факторам, влияющим на изменение состояния дороги в процессе ее эксплуатации относятся физико-механические характеристики самой дорожной конструкции (дорожного покрытия, дорожного основания и земляного полотна) и материалов ее слоев. К наиболее важным внутренним факторам можно отнести:

  • недостаточное или неравномерное уплотнение слоев дорожной одежды и земляного полотна;
  • неравномерный износ (истирание) дорожного покрытия под действием колес автомобилей;
  • образование пластических деформаций в асфальтированных покрытиях и слоях из битумоминеральных смесей. В теплый период года, образование пластических деформаций происходит из-за нагревания асфальтированного покрытия до высокой температуры, вследствие чего снижается вязкость битума, а это, в свою очередь, приводит к снижению прочности и деформативных свойств асфальтобетона. В холодной период, наоборот, вязкость битума возрастает, соответственно увеличивается прочность и жесткость асфальтобетона, но это может стать причиной образования в асфальтированном покрытии температурных трещин;
  • накопление остаточных деформаций и появление структурных разрушений в слоях дорожного покрытия и/или основания. Когда вертикальные или горизонтальные (касательные) напряжения, возникающие от воздействия колес автомобилей, превышают допустимые значения, может происходить нарушение сплошности или структуры материала одного или нескольких слоев дорожной одежды;
  • накопление остаточных деформаций в грунте земляного полотна под действием нагрузки от тяжелых грузовых автомобилей, особенно в период весеннего переувлажнения грунта, когда его несущая способность снижена.

Внешние факторы, оказывающие влияние на состояние дороги

К внешним факторам, оказывающим влияние на состояние автомобильной дороги в процессе ее эксплуатации относятся погодно-климатические и грунтово-гидрологические условия, а также воздействие транспортной нагрузки:

  • величина нагрузки на ось транспортного средства и показатель давления в автомобильных шинах;
  • количество повторений приложения тяжелой нагрузки и интервал между этими приложениями;
  • продолжительность приложения каждой нагрузки и суммарная продолжительность;
  • температура воздуха и солнечная радиация, под воздействием которых повышается или понижается температура покрытия и, соответственно, изменяются физико-механические свойства дорожно-строительного материала;
  • состояние и продуманность системы водоотвода и водопонижения, тип грунта земляного полотна и условия его увлажнения грунтовыми и поверхностными водами. При повышении влажности грунта выше оптимального уровня значительно снижается вязкость и увеличивается пластичность грунта, что способствует накоплению остаточных деформаций в земляном полотне и, как следствие, во всей дорожной одежде.

В асфальтированных слоях дорожной одежды влияние внешних факторов на накопление остаточных деформаций становится особенно заметным в летний период. При нагревании асфальтированного покрытия снижается вязкость битумного вяжущего, ослабевает энергия сил взаимодействия между частицами битумного вяжущего, снижается модуль упругости асфальтобетонного слоя, а остаточные деформации увеличиваются. Этот эффект возрастает при наличии в составе асфальтобетонной смеси избыточной доли вяжущего, при использовании битума с недостаточной вязкостью, при низком содержании минерального заполнителя, а также при недостаточно качественном уплотнении смеси в процессе асфальтирования.

Воздействие автомобильных нагрузок на дорожную одежду и земляное полотно

Воздействие автомобильных нагрузок является главной причиной появления деформаций и разрушения дороги. При движении автомобиля по горизонтальному участку дороги с ровной поверхностью его колеса передают на дорожную одежду и земляное полотно вертикальные и горизонтальные (касательные) усилия.

Статические и динамические вертикальные и касательные силы, передаваемые колесами транспортных средств через дорожную одежду на земляное полотно, вызывают напряжения и деформации в его теле, вследствие чего земляное полотно изнашивается и разрушается.

Воздействие автомобиля на дорожную одежду характеризуется нагрузкой, приходящейся на ось, давлением в зоне контакта колеса с покрытием, временем приложения нагрузки, частотой и динамичностью ее повторения. Значение осевой нагрузки зависит от грузоподъемности транспортного средства, числа осей и схемы их расположения. Время приложения нагрузки зависит от скорости движения автомобиля, а число приложений и интервал между ними непосредственно зависят от интенсивности движения и ее распределения по часам суток.

Под нагрузкой от каждого колеса автомобиля дорожная одежда прогибается, а затем постепенно восстанавливается. Прогиб от колеса тяжелого грузового автомобиля распространяется во все стороны, образуя чашу прогиба радиусом до 4 м, которая перемещается по ходу движения автомобиля. Чаши прогиба от колес автомобиля частично перекрывают одна другую и охватывают всю ширину полосы движения. При этом в слоях одежды возникают напряжения сжатия, растяжения, изгиба и сдвига. Чрезмерные напряжения от транспортных нагрузок приводят к возникновению тех или иных деформаций.

На ровном покрытии дорожная одежда испытывает давление от колес как кратковременную статическую нагрузку. При движении транспортных средств по неровной поверхности давление колеса на покрытие то возрастает, то убывает, т.е. является динамическим.

Горизонтальные (касательные) усилия вызываются трением шины о покрытие при передаче тягового усилия и торможении автомобиля, ударами колес при наездах на неровности покрытия. Наибольшего значения горизонтальное усилие достигает при резком торможении автомобиля и хорошем сцеплении шины с покрытием. Напряжения, обусловленные действием касательных усилий на покрытие, сравнительно быстро затухают по мере удаления от поверхности в глубину и наиболее опасны для верхних асфальтируемых слоев дорожного покрытия. Горизонтальные напряжения являются причиной пластических деформаций и разрушений в виде сдвигов, волн, наплывов, поперечных трещин и колей по полосам наката. Такие деформации чаще всего наблюдаются на асфальтированных покрытиях толщиной менее 8 см. При большей толщине покрытия, сдвиговые деформации наблюдаются реже.

Процесс изменения транспортно-эксплуатационного состояния дороги

Изменение транспортно-эксплуатационного состояния автомобильной дороги и накопление деформаций в ее конструктивных элементах в процессе эксплуатации происходит неравномерно. Весь процесс изменения (ухудшения) транспортно-эксплуатационного состояния дороги, от ввода ее в эксплуатацию до такого состояния, при котором дорога требует капитального ремонта, можно условно разделить на четыре стадии.

  • 1-я стадия — ввод новой автомобильной дороги в эксплуатацию. На этом этапе состояние автомобильной дороги характеризуется как очень хорошее. В результате воздействия движущихся автомобилей происходит постепенное доуплотнение асфальтированного покрытия, слоев дорожной одежды, а также земляного полотна и формирование их устойчивой структуры. Отдельные деформации могут появиться вследствие дефектов допущенных при асфальтировании, ремонте асфальта, а также выполнении других работ, связанных с содержанием дороги.
  • 2-я стадия — характеризуется достаточно хорошим уровнем состояния дороги, однако заметно увеличивается износ покрытия, снижаются его сцепные качества и ровность, могут появляться трещины и выбоины. Степень и скорость развития этих деформаций зависят прежде всего от интенсивности и состава транспортного потока.
  • 3-я стадия — характеризуется накоплением деформаций не только в дорожном покрытии, но и в слоях дорожного основания, а также в грунте земляного полотна. Начинает проявляться эффект старения и деградации структуры материалов слоев дорожной одежды, накапливаются усталостные явления, в результате чего увеличивается площадь деформаций дорожной одежды и появляются разрушения.
  • 4-я стадия — переход состояния дороги от удовлетворительного к плохому. Деформации и разрушения возникающие на этой стадии приводят к тому, что для приведения дороги к нормальному состоянию требуется немедленный капитальный ремонт с усилением дорожной одежды или реконструкция.

Продолжительность конкретной стадии в значительной степени зависит от своевременности проведения профилактических работ (обновление слоя износа, поверхностная обработка) и текущих дорожно-ремонтных работ связанных с устранением возникающих деформаций и разрушений (ремонт мелких трещин, сколов и выбоин).

Фото по теме

Земляное полотно дороги Дорожная одежда Разрушение дорожной одежды Деформация и разрушение поверхности дороги

Обратный звонок

Ваше имя

Ваш номер телефона

* Укажите ваше имя, ваш номер телефона и мы свяжемся с вами в течение часа