Как строят дороги: асфальтовый сэндвич против российской реальности
Обсудить 0
Услышав словосочетание «дорожная одежда», непосвященные сразу подумают о каких-нибудь непритязательных и не слишком марких предметах гардероба. Между тем это профессиональный термин, обозначающий совокупность конструктивных слоев проезжей части. Термин точно отражает реальность — в ходе строительства шоссе и автомагистралей участок земли действительно «одевают», причем качество тех «одежд», что скрыты под асфальтобетонной гладью, имеет для качества всей дороги решающее значение.
Дорожное строительство требует обширного парка машин, которые используются на всех этапах создания дорожных одежд. Это экскаваторы, бульдозеры, грейдеры, карьерные и сочлененные самосвалы, асфальтоукладчики, разнообразные катки и, наконец, машины для нанесения дорожной разметки и установки бордюров и отбойников. Многие из них сегодня работают под управлением электроники и осуществляют привязку к местности с помощью GPS.
Победа над глиной
Что и как будет уложено под асфальтом, решается в ходе геологических изысканий. На месте будущей дороги делаются скважины, шурфы, берутся пробы грунта для исследования его физико-механических свойств. Также определяется уровень грунтовых вод. Как известно, вода — главный враг дорожного покрытия, ибо, проходя через циклы оттаивания-замерзания, она способна мельчайшую трещинку превратить в огромную дыру. Если вода стоит под дорожным покрытием, то при воздействии на него колесами автомобилей эта водяная «линза» может вызвать пучение асфальта и в конце концов разрушить его. Отвести, выгнать, отдалить зловредную влагу — одна из главных задач дорожников, от успешного решения которой зависит качество и долговечность дороги. Хорошо, если в местности, где прокладывается шоссе, песчаный грунт. Тогда задача сильно упрощается, так как песок — прекрасный дренирующий материал. Но в Подмосковье, например, такой роскоши почти нет: под ногами тяжелые глины и суглинки. На такие почвы для дренажа приходится укладывать внушительной толщины подстилающий слой из песка.
Первая стадия дорожного строительства — подготовка грунта. Специальный каток для уплотнения грунта использует как гладкие, так и кулачковые вальцы На их поверхности имеются специальные выступы).
Однако и песок просто так на землю не высыпают: чаще всего требуются предварительные работы по стабилизации грунтов. Для этого используется машина под названием «рисайклер». Это слово наводит на мысль о повторном использовании чего-то, и действительно, рисайклеры применяются при реконструкции старых дорог, в тех случаях, когда новое покрытие делается на основе переработки старого. Однако при стабилизации грунтов рисайклер просто перемешивает в бункере взятую на месте почву с разного рода органическими и неорганическими добавками, такими как цемент, известь, золы-уносы, вспененные битумы и т. д. Уложив полученную смесь на место будущей дороги и уплотнив ее, строители получают хорошо подготовленное основание. Теперь можно класть подстилающий слой из песка. Песок используется средний и крупный — чем крупнее песок и чем меньше в нем глинистых частиц, тем быстрее и легче будет отводиться через него вода в кювет. Толщина подстилающего слоя варьируется в диапазоне 50−60 см. Песок разравнивается грейдерами и бульдозерами и уплотняется с помощью катков.
Создание основы. С помощью бульдозеров и грейдеров на грунт настилается дренажный слой в виде песка, а затем укладывается основа из щебня разных фракций. И песок, и щебень уплотняются катками.
Каменное ложе
Теперь приходит время укладки основания, в качестве которого обычно выступает щебень. Тут тоже есть немало технологических тонкостей. Щебень различается как по гранулометрическим параметрам (размер и форма), так и по марке прочности. Марки 600 и 800 — это щебень из сравнительно мягких известковых доломитовых пород, а щебень марок 1000 и 1200 происходит из гранитов, добываемых в Карелии. Понятно, что известковый щебень и менее прочный, и выдерживает меньше циклов оттаивания-заморозки. Но все же он применяется при строительстве дорог низших категорий с невысокими нагрузками и низкой интенсивностью движения. В дорогах первой технической категории используется гранитный щебень марок 1000 и 1200. Насыпать на подстилающий слой «разнокалиберный» щебень — значит безнадежно испортить дорогу.
Асфальтоукладчик укладывает на основу уже уплотненный пласт асфальтобетонной смеси. За один проход современная машина способна покрыть асфальтом полосу более 10 м. Обычно укладывается три слоя асфальтобетона.
В реальности к месту строительства щебень поставляется в виде фракций, внутри которых размеры отдельного камешка не могут выходить за пределы заданного диапазона, например 40−70 мм. Это самая крупная фракция, которая укладывается сразу на уплотненный дренажный слой. Далее насыпается более мелкая фракция (20−40 мм), затем еще более мелкая (5−20 мм). Смысл всего этого действа в том, что щебень нижнего слоя расклинивается более мелким, или, иначе говоря, мелкая фракция заполняет пустоты среди камешков фракции крупной. Так достигается прочность основания. При этом немалое значение имеет и форма щебня. Современное дробильно-сортировочное оборудование придает ему кубовидную форму; напротив, если щебень «лещадный», то есть вытянутый и тонкий (похож на леща), расклинить его практически невозможно. На дороге, в основание которой положен лещадный щебень, асфальтобетонное покрытие будет ломаться под колесами, как шоколад.
Уложенный асфальтобетон требует дополнительного уплотнения. Современные катки с помощью автоматизированных систем контроля способны варьировать уплотняющее воздействие на разных участках.
Однако просто уложить щебень пофракционно (толщина основания равна примерно 24−28 см) и уплотнить его катками иногда бывает недостаточно. Для дорог первой технической категории, которые подвергаются наиболее интенсивным нагрузкам, в основание укладывается так называемый «тощий» цементобетон. Тощий он потому, что включает в себя меньшее количество связующих веществ по сравнению с бетонами, используемыми в строительстве и промышленности. По этой причине бетон для дорожной одежды менее прочный, но для основания этой прочности вполне достаточно.
«Сложнее всего сделать качественное земляное полотно и качественную основу, — объясняет Сергей Куличков, генеральный директор подмосковной дорожностроительной компании «Дортрансстрой». — Тех, кто укладывает асфальт, можно назвать «белой костью» среди дорожников — им проще, они всегда идут по чистому ровному основанию. А тем, кто возводит земляное полотно и нижние слои дорожной одежды, приходится иметь дело с грунтовыми водами, с грунтами, далеко не каждый из которых пригоден для устройства основания или насыпи, с огромными массами песка и щебня. И именно качеству этих работ у нас в стране зачастую уделяется недостаточное внимание».
На завершающей стадии дорожники обустраивают построенное шоссе: устанавливают знаки, ставят ограждения и наносят разметку. При больших объемах работы все эти операции также механизированы и автоматизированы.
В Европе щебня не жалеют
Следующий этап строительства дороги — укладка асфальтобетонного покрытия, и оно также строится из нескольких слоев. Нижний слой — это, как правило, крупнозернистая пористая асфальтобетонная смесь. Выше идут слои из более плотных смесей. Вообще асфальтобетонные смеси различаются по типам и маркам. Марка обозначает состав смеси, наличие в ней щебня тех или иных марок прочности, минеральных порошков, битумов и прочих добавок. Тип определяется процентной долей щебня в составе смеси.
«Надо признать, что в Европе уделяется больше внимания качеству материала в асфальтобетонной смеси, — говорит Сергей Куличков. — Например, вместо трех фракций щебня у нас на Западе применяется пять-шесть фракций. Также при строительстве европейских дорог там предпочитают использовать высокощебенистые смеси. Если в составе российского типа А находится до 45−50% щебня, и это максимум, то иностранные компании применяют асфальтобетонные смеси с содержанием щебня до 70%, что, конечно, придает их дорожному покрытию дополнительную прочность».
В последнее время есть тенденция дополнительно покрывать асфальтобетон так называемыми слоями износа. Этот слой имеет толщину 1−1,5 см и не обладает прочностью и долговечностью асфальтобетона, однако выполняет функцию его защиты. По прошествии трех-четырех лет, после того как интенсивное движение и шипы зимних шин полностью истончат этот слой, его просто заменяют. Это гораздо проще, чем восстанавливать разрушенное асфальтовое покрытие с помощью фрезы и асфальтоукладчика. Одна из наиболее известных технологий создания cлоя износа называется «чипсил» (англ. — chip seal), ее также используют для косметического ремонта дорожного покрытия. Суть ее в том, что на асфальтобетонную поверхность выливают горячий битум, на который затем рассеивают мелкодисперсный щебень. С этой технологией сталкивались, наверно, все, кто водит автомобиль. Почему-то в нашей стране обычно открывают движение по обработанной «чипсилом» дороге еще до того, как битум затвердеет. Возможно, проезжающие автомобили вносят свой вклад в уплотнение слоя износа, но барабанящие по днищу мелкие камешки все же слегка нервируют.
Ретро-шоу. Когда-то дорожная техника выглядела так. На фото — паровой каток, построенный в 1920-х известной американской фирмой Babcock & Wilcox. Сейчас такие катки участвуют в шоу реконструированных машин.
Миллиметры асфальта
Несмотря на бытующее представление о дорожном строительстве как о низкотехнологичной и малоавтоматизированной сфере, его можно с полным правом назвать сегодня оазисом хайтека. Даже на этапе земляных работ роль человеческого фактора может быть сведена к задачам контроля за работой техники. Достаточно загрузить в компьютер землеройной машины CAD-модель местности, и электроника с помощью GPS сама привяжет эту модель к ландшафту, не позволяя экскаватору копать глубже, мельче, шире или уже, чем предусмотрено проектом. То же самое касается грейдеров, которые профилируют насыпь или слой щебня в соответствии с параметрами, заданными бортовой электроникой и навигацией.
Пульт управления современным асфальтоукладчиком вполне сравним с кокпитом пассажирского лайнера. Обилие приборов говорит о том, что рабочим процессом управляют сенсоры и автоматика, а оператор его контролирует.
Схожие технические чудеса можно наблюдать и в другой дорожно-строительной технике. Еще со времен древних римлян дорожное покрытие имеет слегка выпуклый к центру профиль — ну конечно же для того, чтобы избежать образования луж. Нечто подобное есть и у современных дорог. Согласно нормативам, на прямых участках дороги этот уклон составляет 20, а на виражах — 30−40 промилле. В общем, речь идет о величинах, практически не заметных глазу и уж точно не высчитываемых «на глазок». Зато придерживаться заданных параметров вполне по силам автоматике, установленной на машинах. Вот пример. Капитальный ремонт дороги (в отличие от пресловутого «ямочного» ремонта) осуществляется с помощью так называемой фрезы — фрезеровочным барабаном машина срезает слой разрушенного асфальтобетонного покрытия. Затем асфальтоукладчик кладет на это место сформированный им и уже частично уплотненный слой асфальта. В недавние времена, когда управление фрезой осуществлялось преимущественно оператором, случались значительные отклонения от заданной глубины срезания (например, шесть сантиметров вместо трех). В итоге в этом месте укладывался дополнительный трехсантиметровый слой асфальтобетона, что влекло за собой перерасход материалов и увеличение стоимости работ. В наши дни ничего подобного не происходит. С помощью электроники и ультразвуковой системы нивелировки фреза срезает покрытие ровно на заданную глубину, причем с учетом профиля дороги. Асфальтоукладчик (также с соблюдением толщины и профиля) кладет на ремонтируемый участок новый слой асфальтобетона.
Как повелось со времен древних римлян, дорога — это совокупность поддерживающих слоев и дорожного покрытия. Правда, с тех пор дороги стали более широкими, а основание относительно ширины — «похудело». Главный враг дороги — вода, и потому первым делом надо подумать, как защитить асфальт от грунтовых и дождевых вод. С этой целью укладывается дренажный подстилающий слой из песка. Иногда используются специальные ткани (геотекстиль) для отвода влаги из-под дорожных одежд капиллярным способом.
Все хорошее — дорого
Современные катки, выпускаемые такими известными компаниями, как BOMAG и HAMM, просто напичканы интеллектуальной электроникой. Например, машина подобного класса через каждые несколько сантиметров замеряет параметры уплотняемого материала и в режиме реального времени передает все эти данные на пульт оператора, где рисуется карта работ, привязанная к местности с помощью GPS. Такие системы, как Variocontrol или Asphalt Manager, дают возможность в автоматическом режиме варьировать процесс уплотнения, заставляя валец катка не просто прокатываться по поверхности, но и на некоторых участках совершать дополнительные колебательные движения вдоль собственной или вертикальной оси (валец как будто «поколачивает» или «поглаживает» лежащий под ним щебень, песок или асфальтобетон). Так достигается наилучшая компоновка уплотняемого материала.
Однако доступна ли подобная «умная техника» всем дорожным строителям России? «Конечно нет, — замечает Сергей Куличков. — Мы, те, кто ближе к Москве, можем работать и с иностранными кредитами, и с частными инвестициями — отсюда больше возможностей. Единственное упование дорожников в небогатых регионах — федеральные деньги, которых, как всегда, не хватает. Система управления тем же экскаватором с помощью навигации стоит немало: на оснащение ею единицы техники нам приходится тратить около $150 000. А в регионах эксплуатируется дешевая техника, стоимость катка или экскаватора там не превышает $30−50 тысяч. Покупать для нее дополнительное оборудование, которое окажется в три-четыре раза дороже самой машины, — увы, непозволительная роскошь».
В завершение беседы с Сергеем Куличковым нам захотелось узнать мнение профессионального дорожника о том, обречена ли Россия на плохие дороги и не мешает ли нам обзавестись качественными магистралями наш суровый и переменчивый климат.
«Никаких естественных причин, препятствующих тому, чтобы у России были качественные долговечные дороги, нет, — считает Сергей. — В настоящее время существуют техника и технологии, с помощью которых этого легко добиться. Вопрос прежде всего в контроле качества исходных материалов и исполнения работ. Причем повысить планку в отношении параметров качества необходимо на государственном уровне. Хорошие дороги — это вопрос желания и должной организации. Тогда деньги, которые сейчас вкладываются, —, а сейчас в нашей сфере распространено частно-государственное партнерство — однажды себя оправдают».
