Опыт устройства конструктивных слоев при устройстве испытательных секций на территории дорожно-испытательного комплекса (полигона «Циклос»)
ФАУ «РОСДОРНИИ» внедряет ускоренные методы испытаний с помощью первого в России симулятора колесной нагрузки «ЦИКЛОС» (СКН «ЦИКЛОС»). Это инновационная установка, разработанная Институтом в рамках национального проекта «Безопасные качественные дороги». В настоящее время исследования проводятся на территории дорожно-испытательного комплекса института в г. Голицыно. Дорожно-испытательный комплекс (полигон «Циклос») – это комплекс специальных сооружений и инфраструктуры, предназначенный для круглогодичного поддержания заданных условий. Для полноценной и круглогодичной эксплуатации СКН «ЦИКЛОС» и выполнения всех поставленных задач в рамках внедрения и развития ускоренных методов испытания в Российской Федерации РОСДОРНИИ была создана необходимая инфраструктура для проведения ускоренных испытаний дорожных одежд.
Выполняемые на данном испытательном полигоне исследования позволяют в сравнительно короткие сроки всесторонне оценить эксплуатационные характеристики и работоспособность дорожных конструкций, рассчитанных на более чем 20-летний срок службы. Это в свою очередь дает возможность решать важные задачи по прогнозированию и обеспечению долговечности дорожных одежд, увеличению межремонтных сроков, а также повышению их транспортно-эксплуатационных показателей.
Изменяя материалы, толщины слоев дорожных одежд или технологии строительства и сравнивая результаты с результатами испытаний эталонных конструкций, можно прослеживать и анализировать изменение работы всей конструкции и эффективно изучать работоспособность каждого конструктивного слоя при заданных условиях эксперимента. Таким образом, данные исследования, проводимые с использованием уникальной испытательной установки «ЦИКЛОС», способны оказать значительное влияние на подходы к проектированию, строительству и ремонту автомобильных дорог в Российской Федерации, в том числе с применением местных строительных материалов.
В здании полигона «Циклос» предусмотрены специальные железобетонные лотки, предназначенные для устройства испытательных секций. Это инженерное сооружение (полноразмерная дорожная одежда или ее часть), позволяющее разместить на поверхности покрытия дорожной одежды симулятор колесной нагрузки «ЦИКЛОС» для проведения ускоренных испытаний.
С целью измерения и накопления данных об остаточных и относительных деформациях, температурно-влажностном режиме, в конструктивные слои испытательных секций смонтирован комплекс системы мониторинга, состоящий из датчиков влажности, температуры, вертикального давления, деформаций, ускорений/перемещений и остаточных деформаций. Монтаж датчиков мониторинга в конструктивные слои испытательных секций осуществлялся поэтапно, по мере возведения конструктивных слоев дорожной одежды.
Важной задачей при выполнении исследовательских работ в рамках проведения ускоренных испытаний дорожных одежд с использованием установок различного типа является соответствие требованиям действующей нормативно-технической документации применяемых дорожно-строительных материалов, обеспечение проектных толщин и однородности по толщине конструктивных слоев, а также достижение требуемой степени уплотнения конструктивных слоев.
Анализ зарубежного и отечественного опыта строительства дорожных одежд в испытательных секциях показывает, что грунт земляного полотна, рабочего слоя и инертные материалы в слоях основания уплотняются с помощью тяжелых виброплит, при этом осуществляется постоянный контроль степени уплотнения с помощью лабораторного и полевого оборудования. В случае, если при выполнении полевого контроля обнаруживается недостижение требуемой плотности конструктивного слоя из несвязных материалов и грунтов, то вносят изменения в технологическую схему производства работ, в частности, увеличивают время воздействия виброплит и количество проходов по одному следу и повторяют процесс до достижения требуемых показателей плотности (Фото 1).
Однако, при устройстве конструктивных слоев из композиционных материалов, в том числе и из асфальтобетонных смесей, выполнять полевой экспресс-контроль степени уплотнения при малых площадях производства работ практически невозможно. Выполнение устройства конструктивных слоев из асфальтобетонных смесей с использованием лишь ручного инструмента и оборудования не гарантирует отсутствие минеральной сегрегации в устраиваемом слое, обеспечение заданных проектных отметок по толщинам слоев, а также их продольную и поперечную ровность. Помимо этого, вибролиты не гарантируют возможность достижения требуемой степени уплотнения конструктивного слоя из асфальтобетонных смесей. Опыт зарубежных исследований показывает, что при устройстве асфальтобетонных слоев на испытательных полигонах осуществляется с использованием специализированной универсальной дорожно-строительной техники, такой как мини-асфальтоукладчики, легкие и средние гладковальцовые катки.
Использование данной техники позволяет обеспечить устройство конструктивных слоев из асфальтобетонных смесей с достижением заданных критериев качества и показателей транспортно-эксплуатационного состояния за счет предварительного перемешивания смеси шнеком, а также равномерного распределения с заданными высотными отметками и уклонами, с последующим уплотнением гладковальцевыми катками, способными обеспечить условия максимально близкие к производству работ, как на объектах линейного строительства транспортной инфраструктуры.
Особенностью испытательных секций на территории дорожно-испытательного полигона «Циклос» является их небольшая площадь, необходимость устройства конструктивного слоя в выемке, а также их расположение в замкнутом помещении (ангаре). Также стоит отметить, что перед устройством конструктивных слоев из асфальтобетонных смесей и в процессе их укладки требуется выполнение ряда научных задач, в том числе монтаж и закладка измерительного оборудования (датчиков мониторинга). В Российской Федерации дорожно-строительные компании не сталкивались в своей работе с монтажом измерительного оборудования и строительством конструктивных слоев дорожных одежд в испытательных секциях. Для реализации научно-исследовательских работ в части устройства конструктивных слоев из асфальтобетонных смесей дорожно-строительная компания ООО «Дорстрой» оказала материально-техническое сопровождение производства работ.
Для ФАУ «РОСДОРНИИ» данные работы на территории полигона с используемыми асфальтобетонными смесями, спроектированными по методологии объемно-функционального проектирования, выполнялись впервые и также являлись новым опытом, направленным на отработку оптимальных технологических схем производства работ.
После совместного рассмотрения условий полигона и испытательной секции, было принято решение использовать традиционную дорожно-строительную технику, применяемую подрядной организацией на объектах строительства автомобильных дорог, для обеспечения полной имитации технологических операций, как на действующих объектах. На фото 2 представлена выгрузка асфальтобетонной смеси в бункер асфальтоукладчика внутри полигона.
Несмотря на крупные габариты асфальтоукладчика при небольшой площади укладки асфальтобетонной смеси, а также отсутствии возможности размещения автоматических устройств для контроля заданных высотных отметок конструктивного слоя, большое внимание уделялось вопросам ровности и однородности слоя.
Немаловажной задачей является обеспечение безопасности проведения работ на территории полигона в условиях ограниченного маневрирования и работы людей непосредственно возле секции.
Важным моментом является то, что объем используемой в конструктивном слое асфальтобетонной смеси небольшой, однако при производстве и транспортировке малых объемов смесей может происходить температурная и минеральная сегрегация, что может повлиять на состав асфальтобетонной смеси и конечные свойств устроенного конструктивного слоя, в связи с чем было принято решение выпуска и доставки смеси в не менее чем двукратном объеме. По завершении укладки слоя асфальтоукладчик выезжает из ангара и очищает бункер, осуществляют выравнивание кромок слоя, очищается бетонный пол, после чего начинает работу каток (Фото 3). В замкнутом пространстве обеспечить скорость уплотнения как на объектах строительства и ремонта автомобильных дорог не представляется возможным, в связи с чем ФАУ «РОСДОРНИИ» совместно с подрядной организацией осуществлялась отработка схемы уплотнения, которая будет применена при разработке технологического регламента производства работ в условиях полигона «Циклос».
При производстве работ были проведены техоперации по монтажу оборудования.
Работы по устройству трех конструктивных слоев из асфальтобетонных смесей по системе объемно-функционального проектирования, а также монтажу датчиков мониторинга были выполнены за два технологических дня с перерывами на выполнение научных измерений с помощью лабораторного, диагностического и мониторингового оборудования. Контроль качества показал достижение требуемой степени уплотнения устраиваемых конструктивных слоев.
Проведение ускоренных испытаний дорожных одежд на полигоне «Циклос» дает возможность детально отслеживать все технические аспекты и уделять большое внимание деталям производства работ при строительстве испытательных секций, анализировать физико-механические показатели дорожно-строительных материалов и эксплуатационные свойства устроенных конструктивных слоев, а также контролировать деградацию и изменения свойств в процессе проведения испытаний.
КОНОРЕВ Александр Сергеевич, кандидат технических наук, доцент, заместитель директора департамента ФАУ «РОСДОРНИИ»
МИРОНЧУК Сергей Александрович, кандидат технических наук, доцент, начальник управления ФАУ «РОСДОРНИИ»
ЕРЕМЕНКО Евгений Александрович, исследователь, заместитель начальника управления ФАУ «РОСДОРНИИ»
АГАДЖАНЯН Оганес Серобович, заместитель директора ООО «Дорстрой»