Автодороги Башкирии

ДОРОЖНЫЕ ПРОБЛЕМЫ БАШКИРИИ.

Хабиров И.К., Кравченко Ю.П.¹, Давлетов М.И.², Давлетова Д.М.²

ФГОУ ВПО Башкирский государственный аграрный университет,

ООО «Лайт-2»¹, ООО «Коинот»², г.Уфа, Российская Федерация

ilkhabirov@yandex.ru,   astra.47@mail.ru,   mara-d@yandex.ru

       Говоря об актуальности дорожной проблемы для региона на сегодня: 76% дорог регионального и межмуниципального значения и более 80% местных дорог требуют ремонта из-за ускоренного износа дорожного покрытия. Более 20% дорог местного значения не имеют твердого покрытия. Темпы ремонтных работ не поспевают за потребностями. Основная проблема отрасли – недофинансирование. За последние десять лет при росте уровня автомобилизации по республике более чем наполовину (56 %) финансирование дорожных работ с 2006 по 2010 годы сократилось почти на 18 %. В соответствии с нормативными сроками ежегодно подлежит ремонту более 3,5 тысячи километров дорог,  ремонтируем примерно пятую часть от необходимого объема. Для исправления ситуации нам нужна системная работа на долгосрочную перспективу.

    Фото 1.   

      Под воздействием внешних сил и процессов, протекающих в земляном полотне и дорожной одежде, на проезжей части возникают различные неровности – волны, колеи, выбоины, просадки, прогибы, оползни и др. По данным геологов - академиков Камалетдинова М.А., Казанцева Ю.В. АН РБ, большую роль на износ дорожного полотна имеют надвиговые движения земных блоков по территории РБ. На отдельных зонах разломов, особенно в горной части РБ,  отремонтированные участки асфальтовых дорог покрываются буграми из-за быстрых тектонических движений, до 10 см/сутки. А по отдельным геодезическим вешкам на Нефтекамском геодезическом полигоне Арланского нефтяного месторождения зафиксированы GPS смещения по вертикали на 8 см, после 7 бального землетрясения на Ромашкинском месторождении в Татарии (Кутушев Ш.Б., Центр Космических Услуг БГУ).

       Повсеместно после ремонтных работ по дорогам Уфы возникают колеи длиной до 10м, глубиной до 10см из-за некачественного состава ремонтной смеси. Это снижает возможность маневра транспорта при возникновении ДТП. Машины не могут свернуть в сторону при ДТП. 

       В зимний период, при гололеде, некоторые участки федеральных трасс, например, в районе Туймазы – Чишмы становятся настоящими катками. При обгонах 90км/час, лады просто слетают с полотна в кювет, при этом их переворачивает в воздухе 3-5 раз. Определить участки повышенной аварийности по инженерным условиям можно в ГИБДД РБ.

       Здесь необходим простой инженерный подход, невзирая на СНиПы и Госты, расширить опасный участок дороги. С уменьшением угла от оси к кромке полотна (рис.8,6).  Здесь нужен профессиональный подход проектировщиков. Нередко проектные организации прикрываются устаревшими, времен СССР нормативными документами, игнорируя очевидные процессы. В крайнем случае, необходимо поднимать вопрос перед президентом РБ. Т.к. список погибших при ДТП в РБ не уменьшается, а растет. Общая численность потерь в РФ в ДТП составляет 30 тысяч человек в год. Многие получают инвалидность в ДТП. Это также отрицательно сказывается на экономическом потенциале страны. Немалая часть этих потерь приходится на формализм специалистов – дорожников и ГИБДД.

      Отсутствие работ по НИОКР укрепления дорожного полотна: асфальта и глинистых грунтов, привела несколько лет назад к оползню на шоссе при спуске в микрорайон Сипайлово в Уфе  (фото 2).

 Фото 2. Спуск в Сипайлово.

        Появление неровностей отрицательно сказывается на эффективности работы автомобильного транспорта, способствует снижению безопасности дорожного движения. Это уменьшает долговечность автотранспорта, снижаются межремонтные сроки техники. В итоге приводит к удорожанию товаров, перевозимых фирмами, снижению конкурентоспособности башкирских товаропроизводителей на внутренних и внешних рынках. Разбитые дороги Башкирии переводят технический вопрос в социально-экономический, снижая уровень жизни населения республики.

       Многие дороги эксплуатируются уже за пределами их технической возможности. Проблема увеличения несущей способности строящихся объектов современной транспортной инфраструктуры во многих странах мира в настоящее время решается за счет широкого применения новых конструктивных решений, технологий и материалов. Это позволяет обеспечить их долговечность, а также получить заметный экономический эффект как на момент строительства, так и за счет увеличения межремонтного срока эксплуатации этих объектов.

        В РБ в НИИ нефтехимпереработки  есть 2 новых состава для внедрения, один из них

битумный модификатор (МБГ-2), под воздействием которого обычный битум переходит в гелеобразное состояние, обладающее ярко выраженными тиксотропными  свойствами.

      На основе данного гелеобразного битума возможно создание высокопрочных и устойчивых дорожных покрытий. Так дороги на базе широко известного в Канаде, США, Китае и т.д. гелеобразного битума изготовленного путём добавления так называемого (весьма схожего по химическим и  физико - химическим свойствам с МБГ-2) МАС- порошка разработанного компанией Multigrade Asphalt Cement обладают  такой износоустойчивостью, что эксплуатируются  в напряженных условиях без ремонта на протяжении 30 лет.

       Асфальтобетонные смеси на основе МАС-битума имеют пятилетний опыт применения в России, как для ямочного ремонта, так и для строительства дорог, в том числе и с двухслойным покрытием. Ремонт и реконструкция автодорог с использованием МАС-асфальта уже проводились в Пермском крае, Ростовской, Самарской, Новосибирской и других областях. Мониторинг всех отремонтированных участков показал высокое качество смесей.

 Дорожные покрытия из щебёночных смесей на основе гелеобразного битума обладают:

- малой остаточной пористостью в слое, что позволяет обустраивать водонепроницаемые защитные слои,

- шероховатостью готового слоя с особенной текстурой, что обеспечивает сцепные и противозаносные  характеристики покрытия,

- стабильностью при высоких и низких температурах эксплуатации, стойкостью к образованию колеи,

- стойкостью к образованию усталостных дефектов от нагрузок, противостояние отраженным трещинам.

      Дополнительным преимуще­ством гелеобразного битума яв­ляется то, что при смешивании с каменным материалом он об­разует значительно более тол­стые пленки на поверхности частиц камня, формирует пленку вяжущего в 20-30 раз толще обычного битума. При этом битум не стекает с поверхности кам­ня ( даже при температурах 150°С.). В результате связи между ча­стицами щебня становятся зна­чительно прочнее. А для повы­шения содержания битума в смеси уже не требуется такое высокое содержание песка, как в традиционных смесях. Таким образом, появляется возмож­ность создания высокощебени­стых смесей с образованием жесткого каменного скелета в уплотненной смеси.

      Поведение обычного битума (слева) и МАК-битума (справа) при комнатной температуре в начале опыта , через 8 часов и че­рез 24 часа.

       Еще одним преимуществом гелеобразного битума является то, что толстая пленка обеспечивает прочную связь между зернами каменного скелета в слое, увеличенный срок службы слоя, стойкость смеси к избытку влаги, окислению и старению вяжущего.

  В результате расширения тем­пературного диапазона работы битума полученная смесь не те­ряет пластичности ни при низ­ких температурах, ни в результа­те старения (что особенно актуально для российских, сильно окисленных битумов). При необходимос­ти можно добиться того, что уп­лотненная смесь не потеряет пластичности в течение многих лет эксплуатации до­рожного покрытия. В этом слу­чае трещины, которые могут об­разоваться в экстремально хо­лодных зимних условиях, с на­ступлением теплой погоды самозалечиваются. Жесткость и шероховатость по­крытия при этом обеспечивает­ся за счет каменного «скелета».

      Одной из новых технологий является технология строительства дорог, аэродромов, паркингов, логистических и торговых центров и других площадок методом стабилизации местных глинистых грунтов. Стабилизированные и укрепленные местные грунты применяются, как правило, при устройстве земляного полотна и нижних слоев оснований дорожных одежд. Для этих целей используется достаточно широкая группа стабилизаторов грунта на органической, щелочной и кислотной основе, смолы, полимерные эмульсии. Это наиболее известные стабилизаторы глинистых грунтов и грунтов с числом пластичности, не превышающим 12, как: Пермазайм (США), Дорзин (Украина), Roadbond (ЮАР), RoadPaker Plus (Канада), RPP-235 (Германия), CBR+(ЮАР), LBS (США), M10+50 (США), LDC+12 (США), а также полимерные стабилизаторы грунтов нового поколения отечественного производства Эколюс, относящиеся к технологиям Green Line и являющиеся совершенно экологически безопасными для здоровья людей и окружающей среды. При этом они очень хорошо противостоят воздействию агрессивных сред, включая горюче-смазочные материалы, и не являются горючими материалами.

      Все вышеперечисленные стабилизаторы и многие другие, которые не вошли в этот список, разрабатывались специально для укрепления и стабилизации грунтов земляного полотна, оснований и рабочих слоев дорожных одежд. Все они могут быть использованы как в повседневном строительстве, так и в случаях, когда работы необходимо проводить в короткие сроки, в тяжелых инженерно-геологических условиях, при недостатке качественных строительных материалов (песок, щебень).

      Стабилизаторы грунтов характеризуются как многокомпонентные системы, которые обладают свойствами поверхностно-активных веществ. Их рекомендуют применять посредством внесения водного раствора в обрабатываемый грунт. В результате обеспечивается необратимое изменение физико-механических свойств грунта за счет химического воздействия, путем ионного замещения связанной пленочной воды на поверхности пылеватых частиц ионами стабилизатора, которые обладают водоотталкивающим действием. Грунт из категории глинистого или суглинистого стремится к переходу в категорию легкосуглинистого или супесчаного и становится слабопучинистым. Оптимальная трамбовочная влажность такого грунта заметно уменьшается, и благодаря этому повышается максимальная плотность стандартного уплотнения. Это приводит к повышению несущих свойств грунта, увеличению коэффициента уплотнения и показателя морозостойкости. Стабилизированный глинистый грунт приобретает низкую теплопроводность, что позволяет обеспечивать тепловую защиту нижележащих грунтов от промерзания.   Морозостойкость стабилизированных глинистых грунтов полностью соответствует нормативным требованиям. Это позволяет применять при устройстве оснований дорог облегченные конструкции, которые значительно снижают количество инертных материалов в слоях на глубину промерзания. Необходимо отметить: стабилизаторы грунта имеют незначительный расход (0,1–0,01% от массы грунта), но при этом их внесение:

– снижает величину оптимальной влажности грунта;
– способствует повышению плотности слоя на 10–20%, что позволяет снизить энергоемкость процесса его уплотнения;
– уменьшает капиллярное водонасыщение грунтов в 2–2,5 раза по сравнению с эталоном грунта, увеличивая водонепроницаемость грунтов;
– увеличивает прочность грунтов от 10 до 50%.

     Укрепление грунтов. Широкое применение в РФ нашла полимерная эмульсия М10+50 (Канада) на акриловой основе в дорожном и аэродромном строительстве для укрепления грунтов. Обработка полимерным стабилизатором М10+50 позволяет увеличить модуль упругости и прочностные характеристики грунтов. Укрепленные грунты обладают высокой прочностью, морозостойкостью и водостойкостью.

     M10 + 50 может использоваться во всех грунтах: как во всех видах песчаных грунтов так и в глинистых грунтах с числом пластичности до 12. При более высоких значениях числа пластичности в грунт вносятся изменения – добавляются агрегатные наполнители для оптимизации прочностных характеристик. В глинистых грунтах М10+50 применяется в сочетании с гидрофобизатором грунта LBS. Этот гидрофобизатор, также разработанный сотрудниками корпорации “ENVIROSEAL” США, позволяет добиться требуемых результатов минимальными средствами.

      М10+50 хорошо работает с грунтами, имеющими как высокие, так и низкие значения показателя кислотности (рН). Он может смешиваться как с питьевой так и с соленой водой. Использование соленой воды для разбавления или обработка сильно засоленных грунтов сокращает прочность укрепляемого слоя примерно на 10%.

      Грунт, укрепленный эмульсией М10+50, имеет прочностные показатели сравнимые с прочностными показателями грунтов укрепленных неорганическими и органическими вяжущими. Сопротивление укрепленного грунта сдвигу увеличивается в разы, что делает его идеальным для строительства временных взлетно-посадочных полос и автомобильных дорог как в качестве основания так и в качестве покрытия. При этом расход эмульсии для песчаных грунтов составляет 2-4 литра на 1 м3, а для глинистых 3-6 литров на 1 м3. М10+50 вносится в грунт в виде водного раствора, количество воды в котором зависит от естественной и оптимальной влажности грунта.

    Укрепленный слой грунта полностью отталкивает воду после завершения отвердения.

     M10+50 отвердевает до максимальной твердости от 1 до 5 дней в зависимости от окружающей температуры и влажности. При этом слои грунта, укрепляемые М10+50, не требуют ухода, как слои грунта, укрепленного цементом.

      М10+50 – кроме того является эффективным средством для борьбы с пылеобразованием на грунтовых поверхностях.

     Дорожное полотно, изготовленное с помощью полимерной эмульсии M10+50, может использоваться для проезда техники уже через 2 часа после проведения работ, и оно, в зависимости от толщины слоя, может выдержать полностью загруженные самолеты, вертолеты или тяжелую технику.

      Для применения эмульсииM-10+50 в слоях покрытия в регионах с сильным ультрафиолетовым излучением используется ее модификация M10-2001, содержащая в себе сильное защитное средство против ультрафиолетового излучения. Это увеличивает срок жизни обработанных им поверхностей без покрытия на один или два года.
М10+50 является также эффективным средством, используемым для устройства противофильтрационной облицовки водоемов. При использовании его в качестве полимерного герметизирующего покрытия можно сэкономить до 50% средств.

     По данным исследований, выполненных ОАО Союздорнии, образец грунта (песок мелкий пылеватый), стабилизированного из расчета 2,5 л М10+50 на 1 м3 грунта, имеет следующие физико-механические показатели:

• прочность водонасыщенного образца при одноосном сжатии – 39 кг/см2;

• морозоустойчивость – не менее 15 циклов замораживания-оттаивания при потере прочности не более чем на  5%.

                   Гидрофобизатор глинистых грунтов LBS.

       Кремний-полимерный гидрофобизатор грунта LBS применяется в дорожном и аэродромном строительстве для гидрофобизации, стабилизации и нейтрализации  грунтов, с целью улучшения их физико-механических свойств. Обработка  гидрофобизатором LBS позволяет:
• резко понизить влажность глинистого грунта за очень короткий промежуток времени;
•увеличить модуль упругости, прочностные характеристики и водонепроницаемость глинистых грунтов;

•  резко, в разы снизить степень набухания и морозного пучения;

Принцип работы гидрофобизатора грунтаLBS: Заключается в необратимом изменении физико-механических свойств грунта за счет химического воздействия водного раствора гидрофобизатора LBS при его внесении в грунт. Воздействие происходит путем ионного замещения пленочной воды на поверхности глинистых и пылеватых частиц грунта молекулами гидрофобизатора. В результате чего глинистые частицы грунта становятся меньше. Поэтому грунт приобретает после уплотнения более высокую максимальную плотность, чем не обработанный, при одинаковом количестве проходов катка. Кроме того молекулы гидрофобизатора LBS, которые прикрепляются к поверхности глинистой частицы, обладают водоотталкивающим действием, и частицы грунта теряют способность притягивать к своей поверхности пленочную воду. Улучшенный таким образом грунт становится более прочным и практически водонепроницаемым, что делает его устойчивым к воздействию любых климатических условий и способным воспринимать увеличенную полезную нагрузку даже в условиях длительных, обильных осадков.

      Особенно эффективно использование гидрофобизатора LBS для обработки пластичных и высоко-пластичных пучинистых глинистых грунтов. Ведь в результате обработки гидрофобизаторомLBS вся пленочная вода с поверхности глинистых частиц переходит в грунте в свободное состояние и легко испаряется из него. А степень пучения и набухания грунтов резко уменьшается. Опыт применения показывает, что высоко-пластичные глинистые грунты, для высушивания которых до оптимальной влажности требуется несколько суток, в результате обработки высыхают и могут быть уплотнены в течении 24 ча

     Применение гидрофобизатора LBS. В связи с тем, что очень часто строительство дороги идет в сложных грунто-геологических условиях (когда на местности преобладают переувлажненные, пучинистые грунты), вдали от уже существующих транспортных артерий, карьеров каменных и песчаных материалов. Такие условия строительства ведут к значительным затратам на транспортировку дорожно-строительных материалов, высоким трудозатратам и затратам машин и механизмов.

     Применение LBS при строительстве автомобильных дорог делает возможным использование имеющихся на участке строительства переувлажненных, пучинистых грунтов и позволяет эффективно использовать такие грунты при строительстве земляного полотна (в том числе и рабочего слоя), а так же в качестве морозозащитного, конструктивного слоя основания дорожной одежды.

      Несущая способность грунта, модифицированного LBS, равна 180 МПа. Такой грунт также имеет более высокие (~ на 50%) по сравнению с немодифицированным грунтом в сухом состоянии показатели сдвигоустойчивости.

       Строительство дорог с совместным применением материалов М10+50 и LBS. В случае двухстадийного строительства или устройства технологических путей, земляное полотно из модифицированного LBS грунта с покрытием из песчано-гравийной смеси или песка, укрепленных М10+50, не нуждается сразу в устройстве капитально покрытия и пригодно для эксплуатации. Построенная таким образом дорога не требует в дальнейшем каких либо дополнительных работ по восстановлению земполотна. Кроме того применение модификации и укрепления грунтов при строительстве дорог с гравийным или песчано-гравийным покрытием позволяет резко сократить временные затраты и затраты материалов на строительство таких дорог с одновременным увеличением межремонтных сроков эксплуатации.

      Экономический эффект применения стабилизаторов грунта М10+50 и LBS включает в себя:
- Экономию материальных ресурсов за счет уменьшения объемов использования высококачественных строительных материалов. Стоимость полимерной эмульсии М10+50, расходуемой на обработку 1 м2 поверхности в среднем составляет 130 рублей. При этом объем используемого щебня сокращается на 30-100%. В случае модификации глинистых грунтов LBS его расход составляет 150-500 грамм на 1 м3 , и полностью исключается необходимость использования песка в морозозащитном слое дорожной одежды, а также за счет увеличения прочности стабилизированного грунта сокращается расход щебня на 10 – 50%.

- Сокращение трудозатрат и горюче-смазочных материалов при производстве работ по сравнению с традиционными методами строительства. Средняя дальность возки глинистых грунтов при строительстве автодорог составляет 0-10 км. Средняя дальность возки песка строительного может достигать 100 км, а дальность возки щебня может превышать 200 км.

- Долговечность построенного основания, уменьшение традиционного объема ремонтных работ. Расчетные показатели сопротивления на сдвиг и модуля упругости стабилизированного грунта выше на 40% по сравнению с максимально возможными для глинистых грунтов. Кроме того в стабилизированном грунте почти отсутствует капиллярное поднятие и грунт становится практически непучинистым.

- Сокращении затрат на эксплуатацию построенных по данной технологии автомобильных дорог. Так как при использовании технологии стабилизации грунтов ликвидируется основная причина разрушения дорожного покрытия – слабые грунты в рабочем слое земляного полотна, заиливание дренирующих, морозозащитных слоев песка, низкая сдвигоустойчивость песчаных слоев дорожной одежды, то увеличивается межремонтный срок службы покрытия.

- Сохранение экологического равновесия в окружающей среде.
- Возможность повторного использования стабилизированного грунта после окончания эксплуатации временных дорог.

       Исходя из необходимости качественного укрепления дорожного полотна в РБ необходимо разработать новые асфальтовые составы в НИИ нефтехимпереработки и силикатные эмульсии для укрепления дороги в лабораториях АН РБ..

         В РБ регулярно собираются налоги на автотранспорт, но эти средства не идут на НИОКР. Были сделаны запросы в институты УНЦ РАН, - лаборатории  готовы работать по этой тематике, но сумма исследований не менее 1 млн. руб.

Выводы:

      - Необходимо создать частный фонд по разработке новых составов смеси для дорожного покрытия и нормативных документов дорожной тематики.

      - Необходимо привлечь пенсионный фонд РБ для финансирования НИОКР автодорог республики.

      - В Уфе разработаны 2 новых состава для асфальтов. Но не проведены опытные, внедренческие работы. 

      - Учитывая увеличение скорости передвижения транспорта, необходимо расширить проезжую часть федеральных автодорог РБ, на опасных участках делать дополнительное расширение.

                                                  Литература

1.Давлетов М.И., Осетров К.А., Турикешев Г.Т-Г., Давлетов Р.М., Кравченко Ю.П.,/«Сополимерные эмульсии для стабилизации (упрочнения) всех видов почв и управление пылеобразованием грунтовых дорог Башкирии»./ Башкирский государственный педагогический университет им.М.Акмуллы/ IX Всероссийская научно-практическая конференция «Организация территории: статистика, динамика, управление»./ Уфа.2012г., С.26-30

2. Статья взята из "Научно-технического информационного сборника №6 2010 г."