1.3. Конструкция автомобильных дорог

Автомобильную дорогу можно охарактеризовать следующими элементами: планом дороги, продольным и поперечным профилями дороги, конструкциями земляного полотна и дорожной одежды.

План дороги - графическое изображение ее проекций (в пределах ширины дорожной полосы) на горизонтальную плоскость, выполненное в уменьшенном масштабе (рис. 3).

Рис. 3. План автомобильной дороги

Ось улицы или дороги, проложенная в натуре на земной поверхности, называется трассой улицы или дороги. Трасса представляет собой линию в пространстве, так как имеет не только повороты на земной поверхности, но и подъемы и спуски. Выполненное в определенном масштабе графическое изображение горизонтальной проекции трассы называется планом трассы.

Трассу проектируют в виде плавной линии со взаимной увязкой элементов плана, продольного и поперечного профилей между собой и с прилегающей местностью, с оценкой их влияния на условия движения и зрительное восприятие дороги. Для сохранения окружающего ландшафта при проложении дороги используются принципы ландшафтного проектирования. Ландшафтным проектированием называется проложение дороги на местности, обеспечивающее плавность сопряжения между собой элементов трассы и гармоническое сочетание дороги с окружающим ландшафтом.

Продольный профиль дороги – это выполненное в определенном масштабе графическое изображение вертикальной проекции оси дороги. Продольный профиль дороги является изображением разреза дороги вертикальной плоскостью, проходящей через ось трассы. Продольный профиль характеризует величину проектных уклонов отдельных участков дороги и расположение её проезжей части относительно естественной поверхности земли. Проектная линия отдельных участков дороги характеризуется продольным уклоном между двумя точками, который определяется отношением разницы высот между началом и окончанием участка дороги к его длине. Величина уклона выражается в процентах, в промилле (тысячных долях) или в относительных единицах. Подъёмы считаются положительными, спуски отрицательными уклонами.

В точках пересечения соседних участков дороги с разными уклонами образуются переломы. Различают выпуклые и вогнутые переломы профиля.

При построении продольного профиля дороги или улицы сначала вычерчивается линия естественной поверхности земли, которая называется черной линией. Отметки точек проектируемой поверхности называются проектными или красными, а соединяющая их линия проектной, или красной, линией. Проектная линия показывает положение проектируемой дороги по отношению к поверхности земли. Разность проектных и черных отметок, вычисленная для одной и той же ординаты продольного профиля, называется рабочей отметкой.

Поперечным профилем дороги называется изображение, полученное сечением дороги вертикальной плоскостью, перпендикулярной оси дороги (рис.4). В поперечном профиле дорог вдоль проезжих частей с обеих сторон

Рис. 4. Поперечный профиль дороги:

1 – внешний откос канавы; 2 – краевая укрепительная полоса; 3 – ось дороги; 4 – кромка проезжей части; 5 – бровка насыпи; 6 – внутренний откос; 7 – обочина; 8 – проезжая часть; 9 – земляное полотно

устраивают грунтовые полосы — обочины. Обочины создают боковой упор для дорожной одежды проезжей части и используются для временной стоянки автомобилей.

Полоса земли, на которой устраивают проезжую часть и обочины, называется земляным полотном. Земляное полотно отделяется от прилегающей местности откосами или боковыми канавами, которые служат для осушения земляного полотна и отвода поверхностной воды. Важным элементом автомобильной дороги является проезжая часть, которая позволяет беспрепятственно и безопасно двигаться транспортным средствам с заданной скоростью.

При поворотах, если радиус круговой кривой ниже нормы, на протяжении всего закругления устраивают вираж — круговую кривую, имеющую постоянный радиус, а проезжей части и обочинам придают общий односкатный поперечный профиль с уклоном в сторону, обратную действию центробежной силы, — к центру кривой (рис. 5).

Рис. 5. Схема виража:

А – участки отгона виража с переходной кривой; В – ширина проезжей части; i₀ – поперечный уклон двускатного профиля; i_вир – поперечный уклон виража; i_отг – поперечный уклон на участке отгона виража; i_прод – продольный уклон дороги на вираже; l – уширение; r – круговая кривая; R₀ – радиус закругления

Для разделения встречных потоков безрельсовых транспортных средств, отделения транзитных потоков от местного движения и изоляции транспортных и пешеходных потоков устраивают разделительные полосы.

Земляное полотно — конструктивная часть дороги, выравнивающая неровности рельефа местности, служит основанием для дорожной одежды. Земляное полотно можно устраивать в насыпях и выемках; к нему относятся устройства и сооружения, предназначенные для отвода поверхностных и грунтовых вод. Боковые поверхности земляного полотна, представляющие собой наклонные плоскости, называют откосами. Линию пересечения поверхности откоса с поверхностью земли для насыпи называют подошвой откоса, а для выемки — верхней бровкой откоса.

Земляное полотно состоит из грунта, а также устройств и сооружений, предназна­ченных для отвода поверхностных и грунтовых вод. Грунтами называют поверхностные горные породы, подверга­ющиеся воздействию внешних природных факторов, вызывающих физическое и химическое выветривание, таких как водная эро­зия, воздушное разрушение и температурное воздействие. Самый верхний слой грунтов, имеющий растительный покров и содержа­щий гумус, называется почвой. Грунт — это многофазная дисперсная система, которая в есте­ственном состоянии содержит три фазы: твердые минеральные частицы горных пород, воду и воздух.

Грунты рассматриваются в качестве наиболее дешевых и доступных местных до­рожно-строительных материалов, предназначенных не только для создания земляного полотна, но и для применения в конструкци­ях дорожных одежд. От вида и свойств грунта зависят прочность и устойчивость земляного полотна, конструкция дорожной одеж­ды, технология дорожно-строительных работ, капитальные и эк­сплуатационные затраты.

В зависимости от степени разрушения горных пород и некото­рых других свойств грунты подразделяют на классы, группы, под­группы, типы, виды и разновидности. В соответствии с классификацией грунты подразделяются на два класса — скальные и нескальные.

Скальные горные породы подразделяют на изверженные, мета­морфические и осадочные с жесткой связью между минералами или зернами, залегающие в виде сплошного массива или трещи­новатого слоя.

Изверженные горные породы вулканического происхождения подразделяют на глубинные (граниты, сиениты) и излившиеся (базальт, диабаз и порфиры), обладающие высокой прочностью и плотностью.

Метаморфические горные породы — это породы, подвергшие­ся вторичному воздействию температуры и высокого давления (кварциты, мрамор, гнейс), обладающие достаточно высокой прочностью.

Осадочные горные породы образовались в результате осажде­ния из водных взвесей и растворов с последующим цементирова­нием в монолит (песчаники, мергели), химического осаждения (мел, доломит, гипс) и органогенных процессов (известняк, торф). Осадочные грунты по условиям образования классифицируют на морские, речные (аллювиальные), эоловые (образовавшиеся под действием ветра), моренные и водно-ледниковые (сформирован­ные под действием ледника и талых вод) и др.

Обломочные (рыхлые) грунты подразделяют на две основные группы по характеру связей между частицами: несвязные (пески, галечники, гравий) и связные (глинистые, лёссовые).

Нескальные горные породы подразделяют по степени диспер­сности (раздробленности) на крупнообломочные, песчаные и гли­нистые грунты.

Крупнообломочные грунты представляют собой смеси несцемен­тированных частиц размером более 2 мм каждая, в которых со­держится более 50 % таких частиц.

Песчаные грунты — это смеси сыпучих в сухом состоянии час­тиц размером менее 2 мм каждая, содержащие более 50 % таких частиц и не обладающие свойствами пластичности.

Глинистыми называют не дренирующие грунты, монолитные или комковатые в сухом состоянии, пластичные во влажном, со­держащие более 3 % глинистых частиц.

Свойства грунтов в основном зависят от происхождения гор­ных пород, которые отличаются друг от друга минералогическим и химическим составом, жесткостью связей между частицами, их размером и формой.

Грун­ты по дорожной классификации разделены по крупности частиц на три основных класса: круп­нообломочные, песчаные и глинистые.

Крупнообломочные грунты подразделяют на следующие виды:

- щебенистый (при окатанности зерен галечниковый), у кото­рого масса зерен крупнее 10 мм составляет более 50 %;

- дресвяный (при окатанности зерен гравийный), у которого масса зерен крупнее 2 мм составляет более 50 %.

Песчаные грунты подразделяют на следующие виды:

- гравелистые (с содержанием зерен крупнее 2 мм от 25 до 50 %);

- крупные (с содержанием более 50 % зерен крупнее 0,5 мм);

- средней крупности (с содержанием более 50 % зерен крупнее 0,25 мм);

- мелкие (с содержанием более 75 % зерен крупнее 0,1 мм);

- пылеватые (с содержанием менее 75 % зерен крупнее 0,1 мм).

В песчаных фунтах глинистых частиц содержится менее 3 %, а пылеватых — менее 15 %.

Глинистые грунты разделяют по содержанию глинистых частиц на следующие виды:

- легкие супеси (с содержанием глинистых частиц от 3 до 8 %);

- тяжелые супеси (от 8 до 12 %);

- легкие суглинки (от 12 до 18 %);

- тяжелые суглинки (от 18 до 25 %);

- глины (более 25 %).

При содержании в супесях и суглинках пылеватых частиц боль­ше, чем песчаных, их дополнительно называют пылеватыми. При наличии в грунтах более 50 % пылеватых частиц их называют одним словом — пылеватые.

Физико-механические и физические свойства грунтов оказывают существенное влияние на конструкцию земляного полотна, способы производства работ и, в конечном итоге, на стоимость всей автомобильной дороги. Пригодность грунта для сооружения земляного полотна определяется его дорожно-строительными свойствами.

Для насыпей применяют грунты, состояние которых под действием природных факторов не изменяется или изменяется незначительно, что не влияет на их прочность и устойчивость в земляном полотне. К таким грунтам относят: скальные неразмягчаемые породы, крупнообломочные, песчаные (кроме мелких и пылеватых), супеси крупные и легкие. Грунты глинистые, мелкие и пылеватые пески, размягчаемые скальные грунты также пригодны для возведения земляного полотна, но при этом необходимо учитывать некоторые ограничения. Кроме грунтов природного происхождения, для отсыпки насыпей применяют отходы промышленности: золошлаковые материалы, отвалы горнодобывающей промышленности и др.

Дорожной одеждой называют многослойную конструкцию, устраиваемую на проезжей части для удобного и безопасного движения транспортных средств с расчетной скоростью (рис. 6). Слой износа на усовершенствованных покрытиях капитального типа защищает покрытие от износа. Дорожное покрытие — верхний, наиболее прочный слой дорожной одежды, непосредственно воспринимающий нагрузку от транспортных средств. Дорожное покрытие может быть одно- и двухслойным. Основание — несущая часть дорожной одежды, устраиваемая из каменных материалов или грунта, укрепленных вяжущими материалами. Основание вместе с дорожным покрытием передает давление от транспортных средств на расположенные

Рис. 6. Дорожная одежда:

1 — слой износа; 2 — верхний слой дорожного покрытия; 3 — нижний слой дорожного покрытия; 4 — основание; 5 — дополнительный слой; 6 — подстилающий грунт

ниже дополнительные слои, а при их отсутствии — непосредственно на грунт земляного полотна. Дополнительные слои располагают между основанием и грунтом земляного полотна. Дополнительный слой оснований может быть дренирующим, выравнивающим, противозаиливающим, морозозащитным. Верхний слой земляного полотна, или подстилающий грунт, представляет собой тщательно уплотненный слой, на котором устраивают дорожную одежду.

Все конструкции дорожных одежд принято подразделять по сопротивлению изгибу на жесткие (цементобетонные) и нежесткие. По конструкции слои дорожной одежды бывают из сыпучих материалов, уплотненных катками и движением транспортных средств, набирающие прочность в результате уплотнения и развития сил трения (расклинки), удерживающих отдельные частицы в слое; из асфальтобетонных и цементобетонных смесей, образующих монолит после укладки, уплотнения и твердения; сборные цементобетонные покрытия из плит.

Типы дорожных покрытий регламентированы исходя из категории дороги. На дорогах I, II категорий (в ряде случаев III и IV) устраивают усовершенствованные дорожные покрытия капитального типа цементобетонные (монолитные и сборные); асфальтобетонные из смесей, укладываемых в горячем состоянии; мостовые из брусчатки и мозаики на бетонном или каменном основании; из смесей подобранного состава, обработанных битумом, с применением прочного щебня и вязкого битума.

На дорогах III —V категорий при стадийном строительстве и на дорогах II, III категорий устраивают усовершенствованные облегченные дорожные покрытия: из горячих асфальтобетонных смесей, укладываемых в разогретом состоянии (кроме I дорожно-климатической зоны); из холодных асфальтобетонных смесей, укладываемых в холодном состоянии; устраиваемые по способу пропитки, полупропитки, смешения на дороге. К усовершенствованным облегченным отнесены также дорожные покрытия из прочного щебня (не содержащего зерен мельче 5 мм), обработанного битумом (дегтем) в установке, а также способом пропитки или полупропитки; из крупнообломочных материалов (с размером фракций до 40 мм); из песчаных или супесчаных грунтов, обработанных битумной эмульсией с цементом с обязательным устройством поверхностной обработки.

На дорогах IV, V категорий и при строительстве дорожных одежд в несколько стадий и на дорогах III —V категорий на первой стадии применяют дорожные покрытия переходного типа: щебеночные, гравийные, шлаковые, не обработанные вяжущими; из грунтов и местных малопрочных каменных материалов, обработанных вяжущими с добавкой или без добавки активных веществ; мостовые из булыжного и колотого камня.

Дорожные покрытия низшего типа устраивают на дорогах V категории и на внутрикарьерных дорогах при стадийном устройстве дорожных одежд и на дорогах IV категории при первой очереди строительства. К дорожным покрытиям низшего типа относятся грунты, укрепленные или улучшенные разными местными скелетными материалами; покрытия лежневые, бревенчатые, сплошные и колейные.

Для строительства дорожных одежд автомобильных дорог используются дорожно-строительные материалы, которые в период эксплуатации подвергаются воздействию внешних механических сил и физико-химических факторов окружающей среды. К внешним механическим воздействиям относят ударные и статические нагрузки транспортных средств, механическую работу воды, ветра и другие.

Для строительства, ремонта и содержания дорог применяют природные и искусствен­ные материалы. Природные дорожно-строительные ма­териалы (песок, гравий, щебень) добывают в местах их естествен­ного образования, обычно в верхних слоях земной коры. Их ис­пользуют в строительстве, применяя сравнительно несложную, преимущественно механическую переработку. Состав и свойства этих материалов в основном обусловливаются происхождением исходных пород и способами их обработки и переработки. Искус­ственные дорожно-строительные материалы изготавливают по спе­циальной технологии из природного сырья или отходов промыш­ленности, часто из смеси разных материалов. Свойства исходных составляющих претерпевают при этом физико-химические изме­нения, в результате чего получается новый материал с новыми свойствами, отличными от свойств исходных материалов. Так, в результате обжига мергеля и последующего помола продуктов об­жига получают цемент. После уплотнения смеси щебня, песка, цемента и воды и последующего отвердения получают цементо­бетон.

Искусственные и природные материалы по их химическому составу можно разделить на два основных класса: состоящие толь­ко из неорганических веществ; состоящие из органических ве­ществ или содержащие их в качестве связующего компонента.

Качество дорожно-строительного материала определяют по степени соответствия его свойств техническим требованиям с уче­том конструкции элементов и узлов сооружений, в которых пред­полагается использовать материал, климатических условий, в ко­торых будет работать материал, его экономичности.

Природные каменные материалы, являясь продуктом механической переработки горных пород, отличаются от последних формой и размерами, а также состоянием поверхности раскола.

Скальные горные породы с жесткими структурными связями обладают достаточно высокой прочностью и залегают в земной коре в виде массивов или трещиноватых слоев. Обломочные горные породы - рыхлые (сыпучие), состоят из обломков скальных горных пород без прочных связей между ними и залегают в виде скоплений. В зависимости от назначения и условий, в которых будет работать материал, применяют дробленые материалы (щебень, высевки), а также колотые (бутовый камень, шашку для мощения и др.). К природным обломочным горным породам относят валунный камень, гравий и песок, которые в естественном виде могут быть использованы в строительстве.

Наибольшее применение в дорожном строительстве получили горные породы магматического, осадочного и метаморфического происхождения. Магматические (изверженные) горные породы по химическому составу характеризуются содержанием кремния, алюминия, железа, кальция, магния, калия и натрия. Осадочные горные породы залегают в верхних слоях земной коры. Скальные горные породы осадочного происхождения (известняки, доломиты, гипс, ангидрит, песчаники, конгломераты, брекчии), в отличие от магматических, в той или иной мере растворимы в воде и снижают свою прочность при водонасыщении, за исключением сцементированных пород с кремнистым цементом. В дорожном строительстве используют карбонатные (известняки, мел, известняки-ракушечники) и кремнистые (диатомиты, трепелы, опоки) органогенные осадочные породы. Осадочные породы химического происхождения образовались в результате выпадения из растворов химических осадков. Наиболее распространенными являются доломиты, магнезиты, известняковые туфы, гипс, ангидрит. Для осадочных пород химического происхождения характерна растворимость в воде и наличие пустот и трещин. К наиболее часто встречающимся в недрах земной коры метаморфическим породам относят гнейсы, кварциты, мрамор.

К обломочным горным породам или механическим отложениям относят продукты выветривания изверженных, метаморфических или ранее образованных осадочных пород. Различают рыхлые и сцементированные обломочные породы.

По крупности окатанных обломков рыхлые горные породы условно делят на валуны, гальку, гравий, песок. В дорожном строительстве используют песок природный и дробленый, получаемый путем дробления горных пород. Песок применяют для устройства подстилающих слоев дорожной одежды, приготовления строительных растворов, цементо- и асфальтобетонов, для устройства дренажей.

Керамические строительные материалы и изделия получают в результате переработки глиняных масс с необходимыми добавками и после­дующего обжига. Основным сырьем для производства строительной керамики служит глина, характерным свойством которой является способ­ность образовывать пластичное тесто при увлажнении водой, а после обжига превращаться в камневидное тело.

Наиболее распространенным керамическим строительным ма­териалом является строительный кирпич. Кроме того, к строи­тельной керамике относятся следующие материалы: кирпич лег­кий и пустотелый, дорожный клинкерный кирпич, черепица кро­вельная, трубы дренажные и канализационные, керамические плитки. К керамическим материалам относятся также искусствен­ные пористые заполнители — керамзит и аглопорит, а также плот­ный керамический щебень для дорожного строительства — керамдор.

Из всех керамических материалов чаще всего в дорожном строи­тельстве применяются дорожный клинкерный кирпич, керами­ческие дренажные трубы, керамическая плитка, а также керами­ческий щебень и гравий.

Ведущее место среди искусственных каменных материалов при­надлежит металлургическим шлакам, которые получают в виде отходов при выплавке металлов из руд. Они образуются в виде расплава различных оксидов, пустой породы, флюсов и золы топ­лива в процессе выплавки, рафинирования и переплавки метал­лов и сплавов.

В зависимости от вида производства шлаки подразделяются на две группы: шлаки черной металлургии (доменные, мартеновс­кие, бессемеровские, ваграночные) и шлаки цветной металлур­гии (медные, свинцовые, цинковые).

В дорожном строительстве используются главным образом домен­ные, мартеновские, электроплавильные и конверторные шлаки.

В дорожном строительстве металлургические шлаки чаще все­го применяют в виде шлакового щебня. Шлаковый щебень исполь­зуют для устройства слоев оснований и покрытий как в обрабо­танном, так и в необработанном вяжущими материалами виде, а также для изготовления асфальтобетона, цементобетона и фрик­ционного материала для борьбы с гололедом зимой на автодо­рогах.

Органические вяжущие материалы представляют собой при­родные или искусственные твердые, вязкопластичные или жид­кие материалы темно-коричневого и черного цвета, состоящие из смеси различных углеводородов и их неметаллических производ­ных, образующих сложные дисперсные системы. В дорожном стро­ительстве органические вяжущие материалы применяют для уст­ройства покрытий и оснований в составе асфальтобетонных и битумоминеральных смесей, для укрепления грунтов и изготовле­ния гидроизоляционных материалов.

В зависимости от свойств, химического состава, вида сырья и технологического процесса получения принята следующая клас­сификация органических вяжущих веществ:

- битумы (природные, нефтяные, сланцевые) — вещества, со­стоящие из смеси углеводородов и их кислородных, сернистых и азотистых производных Нефтяные дорожные битумы по­лучают из нефти после отгона из нее легких фракций до цилинд­ровых масел включительно;

- дегти (каменноугольные, торфяные, древесные) — вязко-жидкие водонерастворимые материалы, состоящие в основном из смеси ароматических углеводородов и их сернистых, азотных и кислородных производных. Дегти получают в процессе переработки каменного и бурого угля, торфа и древесины. В зависимости от вида перерабатываемого сы­рья получают каменноугольные, торфяные и древесные дегти.

По виду сырья битумы и дегти подразделяются на следующие группы:

- природные битумы, находящиеся в природе почти в чистом виде или извлекаемые из асфальтеновых горных пород (асфальто­вых известняков, песчаников);

- нефтяные битумы, являющиеся продуктами переработки неф­ти и ее смолистых остатков;

- сланцевые битумы, образующиеся при переработке продук­тов перегонки битуминозных сланцев;

- каменноугольные дегти, получаемые из продуктов сухой пе­регонки каменного угля;

- торфяные дегти, являющиеся продуктами сухой перегонки торфа;

- древесные дегти, являющиеся продуктами сухой перегонки древесины.

По основным строительным свойствам и консистенции дорож­ные битумы и дегти делятся на вязкие и жидкие. Жидкие битумы и дегти обладают свойством загустевать при температуре 20... 25 °С по мере испарения летучих углеводородов. Жид­кие или разжиженные битумы при использовании в строитель­стве можно либо не подогревать, либо подогревать незначитель­но, вязкие битумы всегда перед употреблением разогревают до рабочей температуры (150... 160 °С).

Для обработки органическими вяжущими веществами влаж­ных минеральных материалов (особенно в осенний период) мо­гут быть использованы битумные или дегтевые эмульсии. Эмуль­сия (дорожная) — жидкий вяжущий материал, представляющий собой коллоидно-дисперсную систему из двух не смешивающих­ся компонентов — битума или дегтя и воды. Для обеспечения устойчивости эмульсии во времени в ее состав вводят эмульга­тор — поверхностно-активное вещество, образующее на грани­це раздела фаз защитный слой, препятствующий распаду эмуль­сии. В качестве эмульгаторов применяются растворимые в воде полярные вещества (мыло, сульфатный щелок и т.п.).

В дорожном строительстве в качестве органических вяжущих материалов используются в основном нефтяные дорожные биту­мы, а также природные и сланцевые битумы.

Минеральные вяжущие материалы представляют собой обычно порошкообразные вещества, которые после затворения водой способны постепенно переходить из пастообразного состояния в твердое, приобретая свойства камня.

Все минеральные (неорганические) вяжущие материалы по ха­рактеру их затвердевания подразделяются на три группы:

- воздушного твердения, способные затвердевать только на воз­духе;

- водного твердения (гидравлические вяжущие материалы), за­твердевающие как на воздухе, так и в воде;

- автоклавного твердения, способные затвердевать при авто­клавной обработке в среде насыщенного водяного пара с образо­ванием прочного цементного камня.

К вяжущим материалам воздушного твердения относятся воз­душная известь, гипсовые вяжущие вещества (гипс строительный, ангидритовый цемент), магнезиальные вяжущие вещества (кау­стический магнезит и каустический доломит), а также раствори­мое (жидкое) стекло.

К гидравлическим вяжущим материалам относятся портландце­мент и его специальные виды — быстротвердеющий белый, цвет­ной, гидрофобный, пластифицированный сульфатостойкий, с умеренной экзотермией, дорожный, глиноземистый, расширя­ющийся и безусадочный. Кроме того, к гидравлическим вяжу­щим материалам относятся и смешанные цементы — пуццола - новый портландцемент, шлакопортландцемент, гипсоцементно-пуццолановый. В дорожной, аэродромной и других областях стро­ительства все чаще применяются также и полимерцементы, по­вышающие плотность и эластичность бетонов.

К неорганическим вяжущим материалам автоклавного тверде­ния относятся известково-кремнеземистые, известково-зольные, известково-шлаковые вяжущие материалы и нефелиновый цемент.

Цементобетоном называют строительный материал, получен­ный в результате перемешивания, укладки, уплотнения и затвер­дения рационально рассчитанной смеси из щебня (или гравия), песка, цемента, воды и добавок. Смесь перечисленных компонен­тов до затвердения называют бетонной смесью.

Бетоны классифицируют по основному назначению, виду вяжущего материала, виду запол­нителей, структуре и условиям твердения. По структуре бетоны подразделяют на плотные, в которых до 94 % объема простран­ства между зернами заполнителей занято затвердевшим вяжущим веществом; крупнопористые (с меньшим процентом заполнения объема межзеренного пространства); поризованные, в которых крупный заполнитель связан с поризованным затвердевшим вя­жущим веществом; ячеистые, состоящие целиком из поризованного затвердевшего вяжущего материала.

Для изготовления бетонов используют цементные, силикатные (известковые), шлаковые, гипсовые, специальные или смешан­ные вяжущие материалы. По виду заполнителей различают бето­ны на плотных, пористых и специальных заполнителях (крупно­зернистых, содержащих как крупный, так и мелкий заполнитель, и мелкозернистых, содержащих только мелкий заполнитель).

Классы и марки — основные характеристики бетонов, задавае­мые при проектировании конструкций и их изготовлении. Классы устанавливают по прочности бетона при сжатии и обозначают символом В. Число в обозначении класса соответствует значению гарантированной прочности бетона, вы­раженной в мегапаскалях, с обеспеченностью 0,95.

По назначению и условиям применения бетоны разделяют на тяжелые (обыкновенные), предназначенные для бетонных и же­лезобетонных мостовых и промышленных конструкций, жилых и общественных зданий; дорожные — для бетонных покрытий и ко­лейных железобетонных покрытий автомобильных дорог; гидро­технические — для плотин, шлюзов и других сооружений; специ­альные — песчаные, легкие, жаростойкие и др.

Условное обозначение бетонной смеси содержит следующую информацию: вид бетонной смеси (БСГ — бетонная смесь, гото­вая к употреблению; БСС — бетонная смесь сухая); класс бетона, который может быть получен при соблюдении технических усло­вий по применению бетонной смеси; марку бетонной смеси по удобоукладываемости; марку бетонной смеси по сохраняемости; марку бетона по морозостойкости; марку бетона по водонепрони­цаемости; марку бетона по средней плотности; стандарт на смеси бетонные.

Дорожный цементобетон является разновидностью тяжелого бетона и применяется для устройства покрытий на автомобиль­ных дорогах, производства мостовых конструкций и элементов труб. Бетон дорожных покрытий работает в неблагоприятных ус­ловиях, так как подвергается не только воздействию транспорт­ных средств, но и атмосферных осадков, в особенности много­кратно повторяющемуся увлажнению и высыханию, заморажива­нию и оттаиванию, поэтому к нему предъявляют повышенные требования по прочности, морозостойкости и износостойкости.

Асфальтобетон — искусственный монолит­ный каменный материал, получаемый в результате отвердевания массы, состоящей из рационально подобранного каменного кар­каса из песка и щебни (гравия), скрепленного асфальтововяжущим веществом (минеральный порошок и битум). При приме­нении дегтя в качестве вяжущего вещества получают дегтебетон. В зависимости от особенностей состава, структуры, технологи­ческих свойств смесей и свойств применяемых материалов выде­ляют различные разновидности асфальтобетона (дегтебетона).

Асфальтобетонные смеси подразделяются на щебеночные, гра­вийные и песчаные.

Асфальтобетонные смеси в зависимости от вязкости битума и условий применения подразделяются на следующие виды:

- горячие — приготовленные с использованием вязких и жид­ких нефтяных и дорожных битумов и применяемые непосредствен­но после приготовления с температурой смеси при укладке не ниже 120 °С;

- холодные — приготовленные с использованием жидких неф­тяных дорожных битумов, выдерживающих без потери основных свойств длительное хранение (до 12 мес) и укладываемые при температуре смеси не ниже 5 °С.

Горячие смеси в зависимости от крупности зерен щебня и пес­ка подразделяют на крупнозернистые с наибольшим размером зерен до 40 мм, мелкозернистые — с размером зерен до 20 мм, песчаные — с размером зерен до 5 мм.

Холодные смеси подразделяют на мелкозернистые и песчаные.

Крупнозернистый асфальтобетон рекомендуют для устройства нижнего слоя покрытия. Шероховатая и пористая поверхность крупнозернистого асфальтобетона обеспечивает хорошее сцепле­ние с верхним слоем.

Мелкозернистый асфальтобетон применяют для устройства верхнего слоя многослойных покрытий или однослойных покры­тий. Асфальтобетон этого типа обладает высокой сопротивляемо­стью механическим воздействиям и атмосферным факторам. Пес­чаный асфальтобетон применяют для устройства верхнего слоя покрытия на дорогах со средней интенсивностью движения.

Асфальтобетоны из горячих смесей в зависимости от значения остаточной пористости подразделяют на следующие виды: высо­коплотные с остаточной пористостью от 1 до 2,5 %; плотные с остаточной пористостью более 2,5 и до 5 %; пористые с остаточ­ной пористостью более 5 и до 10 %; высокопористые с остаточной пористостью более 10 и до 18 %. Холодный асфальтобетон после укладки и уплотнения должен иметь остаточную пористость в пре­делах 6... 10 %.

Щебеночные и гравийные горячие смеси и плотные асфальто­бетоны в зависимости от содержания в них щебня (гравия) под­разделяются на следующие типы: А — многощебенистые, с со­держанием щебня 50... 60 %; Б — среднещебенистые, с со­держанием щебня 40...50 %; В — малощебенистые, с содер­жанием щебня 30...40 %. Щебеночные и гравийные холодные смеси и соответствующие им асфальтобетоны в зависимости от содержания в них щебня (гравия) подразделяют на типы Бх и Вх.

Горячие и холодные песчаные смеси и соответствующие им асфальтобетоны в зависимости от вида песка подразделяют на следующие типы: Г и Гх — приготовленные на песках из отсевов дробления, а также на смесях с природным песком при содержа­нии последнего не более 30 %; Д и Дх — на природных песках или смесях природных песков с отсевами дробления при содер­жании последних не менее 70 %.

Асфальтобетоны в зависимости от качества применяемых в них минеральных материалов, количества щебня (гравия) и физико- механических показателей подразделяются на три марки, обозна­чаемые римскими цифрами I, II, III.

Специально спроектированную смесь щебня, песка, минераль­ного порошка и жидкого битума, приготовленную и уложенную в горячем состоянии без дополнительного уплотнения, называют литым асфальтобетоном. От горячего асфальтобетона литой отли­чается большим содержанием минерального порошка и битума, технологией приготовления и методом укладки. Литой асфальто­бетон применяют в качестве дорожного покрытия на автомобиль­ных дорогах, на проезжей части мостов, а также для устройства полов в производственных зданиях.

Асфальтобетоны, приготовленные на минеральных материалах нестандартного, пониженного качества, носят название битумо- минеральных смесей.

Выбор материалов для приготовления бетонной смеси и тех­нические требования к ним обусловлены их ролью в асфальтобе­тоне, его типом и назначением в каждый конкретной дорожной одежде.

Для асфальтобетонных смесей применяют щебень, приготов­ленный из прочных морозостойких горных пород, а также медлен­но охлажденных металлургических шлаков. Для приготовления асфальтобетона применяют песок природ­ного происхождения и искусственного дробления. Зерновой состав песка должен обес­печивать наибольшую плотность его смеси с другими минераль­ными материалами. Из этих соображений для приготовления ас­фальтобетонных смесей применяют крупнозернистые и средне-зернистые пески.

Минеральный порошок для асфальтобетонных смесей получают помолом известняков, доломитов, домен­ных шлаков, а также битуминозных известняков.

В смеси с битумом минеральный порошок образует так назы­ваемое асфальтовое вяжущее вещество, являющееся тем клеем, который объединяет зерна песка и щебня в прочный и плотный монолит.

Марку вязкого битума, а также класс и марку жидкого битума выбирают в зависимости от вида асфальтобетона, климатических условий района строительства и категории дороги, а для холод­ного асфальтобетона — с учетом условий и сроков хранения сме­си на складе. В районах с более низкой среднегодовой температу­рой применяются битумы с меньшей вязкостью, а в районах с более высокой среднегодовой температурой необходимо приме­нять битумы с большей вязкостью.

Одним из дорожных строительных материалов является укрепленный грунт. Укрепление грунта это ряд последовательных технологических операций по размельчению грунта, перемеши­ванию его с вяжущими материалами, увлажнению и уплотне­нию смеси, что обеспечивает рациональное воздействие на грунт добавок вяжущих и других веществ и прида­ет ему высокую прочность и длительную устойчивость не только в сухом, но и в водонасыщенном состоянии.

Грунты после их укрепления способны выдерживать значитель­ные напряжения; они характеризуются большой связностью и прочностью, как в сухом, так и в водонасыщенном состоянии, не размокают и обладают незначительной набухаемостью и влагоемкостью.

В практике строительства дорог находят применение различ­ные методы укрепления грунтов:

- укрепление минеральными вяжущими материалами;

- укрепление органическими вяжущими материалами;

- укрепление полимерными материалами;

- комплексные методы укрепления.

Процессы, происходящие при укреплении грунтов, сложны и весьма разнообразны и зависят от свойств грунта, применяе­мых вяжущих материалов и добавок. Эти процессы могут быть химическими, физико-химическими, физическими и механичес­кими.

В дорожном строительстве для устрой­ства теплоизоляционных и гидроизоляционных слоев, утепления карьеров при зимнем дорожном строительстве, гидрофобизации материалов и укрепления грунтов, а также в качестве армирую­щих, разделяющих и дренирующих прослоек используют пластмассы.

Пластмассами называют материалы, содержащие в качестве важной составной части синтетические смолообразные высоко­молекулярные вещества (полимеры) и обладающие пластично­стью на определенных этапах их производства. По количеству вхо­дящих в пластмассы компонентов их подразделяют на простые и сложные. Простой называется пластмасса, состоящая только из одного связующего вещества — полимера, сложной — состоящая из полимера и других компонентов (наполнителей, пластифика­торов, красителей и т.д.).

Пластмассы подразделяют на два класса — на термопласты и реактопласты. Термопласты при нагреве расплавляются, а при ох­лаждении возвращаются в исходное состояние. Реактопласты от­личаются более высокими рабочими температурами, но при на­греве разрушаются, а при последующем охлаждении не восста­навливают своих исходных свойств.

Пластмассы обладают ценными для дорожного строительства свойствами: являются диэлектриками, не подвергаются коррозии и очень стойки к воздействию раз­личных химически агрессивных сред; все пластмассы, как прави­ло, плохо проводят теплоту; обладают высокими показателями механической прочности и высокой пластичности.

Пластбетоном называют специальный бетон, вяжущим веще­ством в котором является синтетическая смола, а наполнителем — щебень, песок и тонкомолотый минеральный порошок. В качестве вяжущих веществ в пластбетонах наибольшее применение нашли эпоксидные, фурановые, полиэфирные, фенолформальдегидные смолы. Получение прочного монолитного бетона происходит лишь при помощи отвердителей, которые переводят смолу в термо­стабильное состояние. Свойства пластбетонов по ряду показате­лей аналогичны свойствам обычных цементобетонов, но, кроме того, они обладают повышенной прочностью на растяжение и изгиб, морозостойкостью, износоустойчивостью, а также высо­кой химической стойкостью. Наряду с этим пластбетоны на ос­нове большинства перечисленных смол характеризуются повы­шенной деформативностью, невысокой термостойкостью, а иногда и ограниченной водостойкостью. Пластбетон может применяться для устройства дорожных покрытий. Этот материал легче перено­сит резкие перепады температур благодаря более высокому (в 5 — 10 раз) сопротивлению при растяжении, и в то же время он более пластичен. Покрытие из пластбетона спустя 24 ч после укладки пригодно для эксплуатации.

Полимербетон представляет собой искусственный материал, полученный в результате затвердения рационально подобранной смеси щебня, песка, цемента, воды и полимерной добавки. В ка­честве полимерной добавки могут быть применены каучуки, поливинилацетат, поливинилхлорид, а также фенолформальдегидные, полиэфирные и кремнийорганические смолы. Полимербе­тон от обычных цементобетонов отличается значительно более высокой прочностью при растяжении и изгибе, повышенным сцеплением со многими строительными материалами, высокой водонепроницаемостью, износостойкостью и устойчивостью к агрессивным реагентам. Так, полимербетон с оптимальным коли­чеством поливинилацетатной эмульсии обладает прочностью при сжатии в 2 — 3 раза, а при растяжении в 5 раз выше, чем образцы из цементного раствора воздушного твердения.

Полимерцементные составы могут применяться для исправления дефектов в бе­тонных, железобетонных конструкциях, фундаментах, ремонта колейных железобетонных плит.

Геосинтетические материалы — это обширная группа полимер­ных материалов, объединяющая различного рода рулонные по­лотна, выработанные преимущественно из синтетических воло­кон. Основное их назначение — улучшение физических, механи­ческих и гидравлических свойств сооружений из грунтов или на грунтовых основаниях, а также многослойных дорожных одежд.

Можно выделить четыре основных класса геосинтетиков: гео- текстили, георешетки, геомембраны и геокомпозиты.

Геотекстили — плоские тканые и нетканые водопроницаемые полимерные текстильные материалы. На практике преимуществен­ное распространение получил нетканый геотекстиль — более про­стой и дешевый в производстве. Нетканые синтетические матери­алы получают непосредственно из волокон, хаотично располагае­мых в полотне и соединяемых между собой различными способа­ми: склеиванием, термоупрочнением или механическим скрепле­нием на специальных иглопробивных машинах. В клееных нетка­ных материалах связь между волокнами обеспечивается за счет их соединения высокомолекулярными клеящими веществами. В термоупрочненных материалах происходит сваривание волокон при их разогреве и одновременном прессовании. Благодаря простоте производства наибольшее распространение получили материалы с механическим упрочнением на иглопробивных машинах.

Геотекстиль обладает рядом важных дорожно-технических свойств. Он не гниет, не чувствителен к воздействию воды и боль­шинства химических веществ обычной природной коцентрации, хорошо выдерживает низкие температуры (до -70 °С). В дорожных конструкциях геотекстиль используют в качестве армирующей, разделяющей и дренирующей прослойки.

Для использования армирующего свойства материала его рас­стилают на слабом основании, а сверху отсыпают насыпь или дре­нирующие материалы дорожной одежды. При действии нагрузок от веса верхнего слоя и транспортных средств геотекстиль воспри­нимает на себя растягивающие усилия и более равномерно передает их на основание. Разделяющее действие геотекстиля выража­ется в предотвращении смешивания соседних слоев материалов, например оптимальных гравийных смесей с песчаным подстила­ющим слоем.

Фильтрующее действие обусловлено способностью геотекстилей пропускать воду и задерживать взвешенные в ней грунтовые частицы. Высокая пористость и рыхлая структура, со­храняющиеся в значительной степени и под нагрузкой, обеспе­чивают его высокую водопроницаемость вдоль и поперек волокон материала, что позволяет использовать геотекстили в качестве дре­нажного фильтра, обеспечивающего отвод воды от слабодренирующего грунта, снижение порового давления и способствующего тем самым повышению прочности грунта.

Геотекстиль применяют в следующих дорожных конструкциях: в основании насыпей на слабых грунтах; в теле насыпей; для по­вышения устойчивости откосов; в качестве защитного фильтра в дренажных конструкциях; а качестве дренажных устройств, обес­печивающих отвод воды из водонасыщенного массива грунта; как армирующую и разделяющую прослойку, препятствующую пере­мешиванию материалов соседних слоев.

Георешетки (геосетки, геоячейки) состоят из регулярно рас­положенных открытых ячеек с неподвижными узловыми точками. Благодаря этому нагрузка равномерно распределяется между про­дольными и поперечными элементами. Данный класс геосинтети­ков подразделяют на два основных вида — на армирующие и дре­нажные.

Георешетки эффективно применяются для защиты откосов зем­ляного полотна от водной и ветровой эрозии, для укрепления крутых склонов. Хорошие результаты дает использование георе­шеток для армирования грунта и насыпных материалов при стро­ительстве и ремонте автомобильных и железных дорог, укрепле­нии фундаментов и промышленных площадок.

Геомембраны — это рулонные полимерные листовые материа­лы толщиной более 1 мм и шириной более 5 м. Их основной рабо­чей характеристикой является практически полная водонепрони­цаемость. Кроме того, геомембраны устойчивы к воздействию кислот, щелочей и других химически активных веществ. Геомемб­раны применяются для изоляции строительных конструкций от воздействия воды, газов и паров, как антикоррозионное покры­тие поверхности и т. п.

Геокомпозиты — это комбинации нескольких геосинтетичес­ких материалов, соединенных друг с другом в заводских условиях. Состав таких комбинаций зависит от цели их применения. Наибо­лее распространены дренажные композиты, применяемые при гид­роизоляции заглубленных сооружений и состоящие из слоя тек­стиля, мембраны и/или дренажной георешетки.

Совокупность сооружений для сбора, задержания, отвода воды от земляного полотна и пропуска ее через полотно составляет систему дорожного водоотвода. Водой, проникающей в земляное полотно дороги, осуществляется размягчение грунта, сильно снижающее способность земляного полотна к восприятию нагрузок. Для защиты земляного полотна от разрушительного действия поверхностного стока или от капиллярного поднятия грунтовых вод устраивают водоотводные сооружения.

Для отвода поверхностного стока проезжей части и обочинам придают выпуклые очертания. Для ускорения отвода воды от земляного полотна, устроенного в виде небольшой насыпи, устраивают боковые канавы — кюветы. Отвод поверхностных вод, обеспечивающий устойчивость и сохранность земляного полотна автомобильных дорог, осуществляется также резервами, нагорными канавами, лотками.

Дренажные устройства предназначены для защиты земляного полотна от действия грунтовых вод и поверхностного стока. Дренажные устройства служат для прерывания и преграждения доступа воды к земляному полотну снизу, сбора и отвода поверхностного стока с откосов выемки, понижения уровня грунтовых вод в основании земляного полотна, перехвата и отвода грунтовых вод, поступающих к дороге со стороны, а также сброса поверхностного стока в местах с необеспеченным отводом.