Переходной тип дорожной одежды

Если вы наблюдали за строительством дорог, наверняка замечали: сначала укладывают песок, затем щебень, а уже поверх — слои асфальта. При этом их состав, толщина и количество на разных участках могут существенно различаться.

Выбор конструкции и число слоев дорожной одежды зависит от интенсивности движения, типа грунта, категории объекта, климатических условий, геологических особенностей участка и других факторов.

В этом материале разберемся, какие бывают типы дорог, как они устроены, зачем нужны разные слои и какие функции выполняет каждый из них.

Из чего состоит дорожная одежда

Дорожная одежда — это многослойная конструкция, предназначенная для равномерного распределения нагрузки от транспорта. В нее входят следующие слои (сверху вниз):

Покрытие. Верхний слой дорожной одежды, который принимает на себя основную нагрузку. Обычно состоит из одного или нескольких слоев асфальтобетонной смеси.

Основание. Размещается под покрытием и служит для перераспределения нагрузки. Может включать один или несколько слоев щебня, гравия или укрепленных составов — таких как песок либо грунт, стабилизированные с помощью вяжущих веществ.

Дополнительный слой основания. Устраивается при слабом, подвижном грунте. Повышает устойчивость конструкции, способствует отводу влаги и улучшает морозостойкость. Может включать песчаную подушку, геотекстиль или дренажные прослойки.

Рабочий слой (подстилающий). Это нижний слой дорожной одежды, который опирается на земляное полотно и обеспечивает стабильное распределение нагрузки. Его устраивают из уплотненного материала с заданными характеристиками, при этом учитывают характеристики природного грунта (влажность, плотность и другие).

Толщина, уклон, прочностные характеристики и тип материалов для каждого слоя определяются по ГОСТ Р 59120–2021 в зависимости от категории дороги, интенсивности движения и климатических условий.

От чего зависит толщина слоев

Минимальные значения толщины слоев дорожной одежды указаны в ГОСТ Р 59120–2021.

Например:

• асфальтобетон и ЩМА с размером зерен до 11,2 мм — не менее 3 см;
• асфальтобетон и ЩМА с размером зерен более 11,2 мм — не менее 2,5 диаметра зерна;
• бетонные покрытия — от 18 до 22 см;
• обработанный вяжущим веществом щебень или гравий — 8 см;
• необработанный вяжущим веществом щебень или гравий на песчаном основании дорожной одежды — 15 см;
• необработанный вяжущим веществом щебень или гравий на каменном или любом другом прочном основании — 8 см.

Приведенные значения действительны для уплотненных слоев. Для дорог I категории и в регионах со сложной геологией или климатом толщина конструктивных элементов рассчитывается с учетом особенностей объекта.

Типы и классификация дорожных одежд

В ГОСТ Р 59120–2021 изложены требования к проектированию дорожных одежд в зависимости от категории автомобильной дороги, интенсивности движения, скоростного режима и условий эксплуатации.

Сопротивление нагрузкам

Дорожные покрытия классифицируют по способности воспринимать транспортные и климатические нагрузки. Выделяют два типа: жесткие и нежесткие.

Жесткие покрытия формируются из монолитных материалов — асфальтобетона, цементобетона. Эти конструкции устойчивы к растяжению, перепадам температуры и влажности, обладают высокой упругостью и прочностью. Также к жестким конструкциям относят некоторые покрытия из щебня, обработанного битумными вяжущими, если они обеспечивают необходимые прочностные характеристики. Такие покрытия отличаются высокой твердостью и устойчивостью к нагрузкам.

Если бетон используется в покрытии или основании, такая дорожная одежда относится к жестким.

Нежесткие покрытия выполняют из материалов, которые могут частично деформироваться под нагрузкой — гравия, щебня без связующих веществ. Их применяют в условиях низкой транспортной нагрузки. Такие покрытия менее устойчивы к атмосферным воздействиям и требуют регулярного обновления.

По типу дорожных одежд

Автомобильные дороги за пределами населенных пунктов классифицируют по категориям в зависимости от расчетной интенсивности движения (согласно СП 34.13330.2012):

• IA (автомагистрали), IБ (скоростные дороги), IВ (обычные дороги) — более 14 000 транспортных средств в сутки;
• II категория — свыше 6000 автомобилей в сутки;
• III категория — от 2000 до 6000;
• IV категория — от 200 до 2000;
• V категория — менее 200.

В ГОСТ Р 58818–2020 можно найти подкатегории малозагруженных дорог: IVА-р, IVБ-р, IVА-п, IVБ-п, VА и VБ. Для них установлены требования к числу полос движения, ширине проезжей части, скорости и т. д.

В ГОСТ Р 59120–2021 выделяют четыре типа дорожной одежды:

• Капитальные. Этот тип дорожной одежды применяют на дорогах I–IV категорий. Он рассчитан на длительную эксплуатацию и устойчив к высоким транспортным нагрузкам и воздействию окружающей среды. В конструкции таких одежд используют цементобетон, армобетон, железобетон, а также асфальтобетонные покрытия, за исключением смесей, которые укладывают в холодном виде.
• Облегченные. Применяются преимущественно на дорогах III–V категорий. Отличаются упрощенным устройством и меньшей продолжительностью службы по сравнению с капитальными. В состав могут входить асфальтобетон (в том числе холодные смеси), органоминеральные компоненты, а также каменные материалы, прошедшие обработку.
• Переходные. Предназначены для эксплуатации на дорогах IV–V категорий. Формируются из щебня без связующих, песчано-гравийных и щебеночных смесей, укрепленных грунтов, а также булыжника и колотого камня.
• Низшие. Это конструкции с пониженной прочностью, применяемые на дорогах V категории с небольшим транспортным потоком. В их состав входят гравийно-песчаные смеси, низкокачественные каменные материалы, армированные грунты и вторичные местные ресурсы.

Конструкцию и материалы подбирают по расчетным показателям прочности, морозостойкости, водостойкости и предельного разрушения, согласно госстандартам.

Расчет конструкций дорожных одежд

Расчет конструкции дорожной одежды — обязательный этап проектирования, который выполняют после выбора типов покрытия и основания. Его задача — подтвердить, что предложенное решение соответствует требованиям прочности, долговечности и устойчивости к эксплуатационным нагрузкам.

Расчет проводят с учетом:

• категории проектируемой дороги;
• ожидаемых осевых нагрузок;
• желаемого срока службы конструкции;
• климатической зоны и условий увлажнения грунта в основании;
• скорости движения и интенсивности транспортного потока.

Средняя осевая нагрузка, которую используют в расчетах, зависит от типа дорожной одежды: для капитальных — около 115 кН, для низших — до 60 кН.

Цель расчета конструкции — подобрать решение, которое выдержит необходимые нагрузки, прослужит заданный срок и будет экономически обоснованным.

Для расчета используют специальные программы, в которых указывают параметры участка. Это может быть категория дороги, скорость движения, срок службы, климатическая зона, тип основания и покрытия.

На основе этих данных система подбирает допустимые конструкции с учетом норм по прочности, жесткости и долговечности.

Расчет для жестких одежд

При расчете жесткой конструкции учитывают характеристики грунтового основания, условия эксплуатации и нагрузку от транспорта. Важнейшие параметры — морозоустойчивость, дренирующая способность, сдвигоустойчивость грунта, а также климатическая подзона и расчетное сопротивление материалов на растяжение.

Расчет предусматривает не только нагрузку в текущих условиях, но и потенциальное увеличение интенсивности движения и ухудшение климатических факторов. Поэтому в нем предусматривают возможность усилить конструкцию в будущем.

При расчетах инженеры стремятся:

• минимизировать объем используемых материалов без потери прочности;
• обеспечить возможность механизированного строительства;
• точно рассчитать межремонтный период;
• учесть местные гидрологические условия;
• предусмотреть запас прочности для последующего усиления конструкции.

Конечный вариант выбирают по результатам прочностного расчета и сравнительного анализа стоимости.

Расчет для нежестких одежд

Расчет нежестких конструкций проводят с учетом упругого прогиба покрытия, сдвигоустойчивости грунта и прочности на разрушение при изгибе. Особое внимание уделяют типу и характеристикам слоев из малосвязных или зернистых материалов.

Для переходных типов конструкций допускается использование дресвы, известняков, гравийных и песчано-гравийных смесей. На участках со слабым основанием слои усиливают обработкой вяжущими веществами для повышения несущей способности.

Также оценивают устойчивость конструкции к деформациям: способность противостоять колейности, трещинообразованию и неровностям в течение расчетного срока службы и межремонтного интервала.

Типовые конструкции дорожных одежд

Типовые решения для проектирования жестких дорожных одежд приведены в ГОСТ 59628–2021. В документе установлены характеристики конструкций, включая наименование слоев, их толщину, расстояние между швами, а также нормативные нагрузки.

Типовые схемы нежестких дорожных одежд указаны в ОДМ 218.2.104–2019.

Рассмотрим примеры.

Пример жесткой конструкции

Типовая схема РА-50 (жесткая асфальтобетонная конструкция) предназначена для автомобильных дорог I–II категорий с расчетным сроком службы до 24 лет. Конструкция включает:

• верхний слой — ЩМА;
• два слоя асфальтобетона;
• выравнивающий слой из щебня или песчано-щебеночной смеси;
• основание из песка;
• прослойку из геосинтетического материала.

Пример нежесткой конструкции

Конструкция подбирается с учетом климатической зоны, категории дороги, модуля упругости основания, типа грунта и других факторов.

Для автомобильной дороги III категории в III климатической зоне с земляным полотном из песка и модулем упругости основания до 560 МПа могут использовать такую типовую конструкцию:

• верхний слой покрытия — асфальтобетон (7 см);
• нижний слой покрытия — асфальтобетон (5 см);
• армирующая прослойка;
• основание из асфальтобетона (9 см);
• подстилающий слой из смеси щебня, песка и гравия (20 см);
• геотекстиль.

В альтернативном варианте подстилающий слой может быть заменен слоем каменного материала толщиной 17 см без применения геотекстиля.

Развитие дорожной сети требует адаптации конструкций к различным природным и климатическим условиям: дороги строят в разных климатических зонах, на разнообразных типах грунтов (песках, супесях, суглинках).

При выборе конструкции также учитывают, какие материалы доступны в конкретной местности. В одних регионах выгоднее использовать щебень, в других — шлаки, укрепленные местные грунты или вторичное сырье. Это позволяет снизить затраты на доставку и упростить строительство.