Для нижнего слоя размер не имеет особого значения, за исключением случаев, когда земляное основание требует специального строительства. Нередко для верхнего и нижнего слоев используется один и тот же размер камня, и в то же время во многих случаях для нижнего слоя применяется камень вплоть до того, который только что проходит через сито с ячейками 3½ дюйма. С успехом может применяться и гораздо более мелкий камень, однако если камень измельчен сильнее, чем требуется, возникают ненужные расходы.
Вяжущий материал представляет собой более мелкую часть продукта дробилки, называемую высевами. Этот материал может быть раздроблен настолько мелко, что проходит через сито с ячейками в одну четверть дюйма, или может быть настолько крупным, что только проходит через сито с ячейками в одну вторую дюйма, но в любом случае он должен содержать всю пыль и мелкий материал, образующиеся в дробилке.
Там, где условия грунта и дренажа требуют особо стабильного слоя основания, используется телфордский тип. Телфордское основание состоит из слоя камней различных размеров, которые могут быть уложены так, чтобы обеспечить толщину 8 дюймов. Эти крупные камни укладываются вручную, поэтому требования к размеру не являются жесткими. Камни, имеющие одно измерение около 8 дюймов, а другие не более 10 или 12 дюймов, являются удовлетворительными.
Земляные работы.—Тщательно дренированное и стабильное земляное основание имеет важное значение для успеха макадамового типа покрытия. Перед укладкой камня дорога должна быть спрофилирована до правильного поперечного сечения, и все работы по снижению уклонов должны быть завершены. Предпочтительно, чтобы тяжелые насыпи имели год на осадку до укладки макадамового покрытия. Боковые канавы, необходимые водопропускные трубы и плиточные дрены должны строиться по мере необходимости для дренажа. Земляные работы часто выполняются в связи со строительством макадамового покрытия, завершаясь непосредственно перед устройством покрытия. В этом случае насыпи должны тщательно укатываться по мере их отсыпки. Земляное полотно может профилироваться в связи с остальными земляными работами. Если дорога была доведена до удовлетворительного уклона за некоторое время до укладки макадама, дорожное полотно под щебень будет подготавливаться по мере необходимости для укладки камня.
Основание для макадама.—Макадамовые покрытия весьма повсеместно укладываются в траншею, как описано для метода выемки при укладке гравия. Практически повсеместной практикой является уплотнение слоя камня укаткой механическим катком массой 8 или 10 тонн, и если камень не удерживается прочными земляными бермами или обочинами, укатка служит лишь для разравнивания камня по дорожному полотну, а не для его уплотнения. Если предпринимается попытка укатки щебня, уложенного на податливое основание, это не дает никакой пользы, а напротив, камень может быть продавлен в грунт. Чтобы гарантировать возможность уплотнения слоя щебня укаткой, сначала необходимо укатать земляное основание до тех пор, пока оно не станет твердым и неподатливым. Если во время укатки появляются мягкие или податливые места, их следует исправить с помощью плиточных дрен или путем удаления грунта из губчатого места и обратной засыпки материалом, который уплотняется при укатке.
Не всегда легко определить, почему эти мягкие места существуют на том, что кажется хорошо дренированной проезжей частью, особенно учитывая, что они с равной вероятностью могут быть обнаружены на насыпях, как и в любом другом месте. По-видимому, они обусловлены местными карманами пористого грунта, удерживаемого более плотным грунтом, так что вода не отводится легко. Обычно верно то, что такие места наблюдаются в сезон частых осадков чаще, чем в другие сезоны года.
В сухом климате трудности получения подходящих оснований для дороги из щебня в значительной степени устраняются, однако можно заметить, что этот тип покрытия не подходит для такого климата, если не применяется какой-либо битумный вяжущий материал для удержания камней на месте. Цементирующая способность каменной пыли оказывается недостаточной, когда поверхность постоянно сухая.
Fig. 17.—Cross Section for Macadam
Телфордское основание.—При использовании телфордского типа основания подготавливается земляное земляное полотно, а затем тщательно вручную укладывается телфордский камень. Пространства между крупными камнями заполняются щебенками, отколотыми от более крупных камней при подгонке их на место. По завершении основание укатывается тяжелым катком для получения прочного неподатливого слоя. Толщина обычно составляет около восьми дюймов. Для телфордского основания может использоваться любой достаточно прочный камень.
Укладка щебня.—Было признано нецелесообразным должным образом укатывать слой рыхлого камня толщиной более примерно 5 или 6 дюймов, поэтому камень для макадамового покрытия обычно укладывается в два слоя, причем первый или нижний слой укатывается до укладки следующего слоя. Камень подвозится на самосвальных повозках, грузовиках или самосвальных вагонетках, выгружается на дорожное полотно и распределяется ручными граблями или с помощью автогрейдера, после чего укатывается. Для обеспечения правильной толщины нагрузки точно распределяются на расстояния, обеспечивающие нужную толщину.
Укатка.—Трехколесный каток или каток «макадамового» типа с самоходным приводом лучше всего подходит для уплотнения щебеночной дороги. Масса колеблется от восьми до пятнадцати тонн, но для большинства условий предпочтительным представляется размер в десять или двенадцать тонн. При строительстве основания по типу Телфорда желательна более тяжелая машина, и для очень твердого камня она может успешно применяться.
Первый проход катка делается вдоль края камня, и каждый последующий проход делается немного ближе к середине, пока наконец не будет укатана половина полосы камня. Затем каток переводится на противоположную сторону проезжей части, и операция повторяется на другой половине. Укатка продолжается до тех пор, пока камень не будет тщательно уплотнен, о чем свидетельствует тот факт, что каток оставляет лишь небольшой след на поверхности.
Затем укладывается второй слой камня, который укатывается в том же порядке, что и первый.
Распределение высевов.—После того как верхний слой укатана, на него из куч вдоль дороги рассыпаются высевы в количестве, достаточном для заполнения пустот в слое камня и обеспечения небольшого избытка. По мере распределения высевов их укатывают, чтобы загнать в пустоты. Когда пустоты заполнены, поверхность тщательно поливают из обычной уличной поливочной тележки и снова укатывают. Таким образом пыль и вода смешиваются в раствор, который заполняет щели между камнями. Этот раствор твердеет через несколько дней, обеспечивая связь, которая является слабой, но достаточной для данной цели, если движение не слишком интенсивное. Дорога из щебня, отделанная таким образом, называется макадамом на водном вяжущем и готова к движению через три-четыре дня после завершения.
Битумные покрытия.—Из-за неадекватности макадама на водном вяжущем при воздействии автомобильного движения и для устранения тенденции щебеночных поверхностей к разрыхлению в сухую погоду был разработан метод покрытия поверхности битумным материалом, таким как гудрон или асфальт. Это будет подробно описано в следующей главе.
Содержание.—Даже при благоприятных условиях в отношении вида и интенсивности движения макадамовая дорога требует постоянного ухода. Первым эффектом движения будет выметание мелких материалов, используемых для связи поверхности, что обнажает более крупные камни таким образом, что они довольно легко расшатываются и удаляются с поверхности колесами и копытами животных. Этот более мелкий материал необходимо заменять по мере его удаления для защиты поверхности. Может использоваться либо каменная пыль, либо глинистый песок, но глина, если ее использовать отдельно во влажном состоянии, скорее всего, будет липкой и окажется хуже того состояния, которое она должна была исправить. Со временем появятся колеи и углубления, либо как результат постепенного износа, который неизбежно затронет одни участки поверхности больше других, либо из-за просадки основания. Неровные места ремонтируются путем предварительного разрыхления камня, восстановления поперечного сечения путем добавления нового материала и его трамбования или укатки на месте.
Если было нанесено битумное покрытие, со временем оно в некоторых местах отслоится, и эти участки должны быть покрыты заново как можно скорее.
В конечном итоге поверхность изнашивается до такой степени, что необходимо добавлять совершенно новый поверхностный слой износа. Это делается путем разрыхления всей поверхности на глубину 3 или 4 дюйма с последующим добавлением нового слоя щебня. Разрыхление иногда достигается с помощью тяжелых шипов, вставленных в колеса катка, а в других случаях — с помощью специального инструмента, известного как скарификатор.
Новая поверхность укладывается и укатывается точно так же, как слой износа первоначальной конструкции, но слой может быть не таким толстым, как первоначальный слой износа. Новый слой не свяжется со старым покрытием, если старый макадам предварительно не будет тщательно разрыхлен.
Характеристики.—Макадам на водном вяжущем представляет собой пыльную, несколько неровную поверхность с низкой долговечностью для транспортных средств на резиновых шинах. Она долгое время была стандартным сельским шоссе для транспортных средств со стальными шинами, но не может выдерживать сколько-нибудь значительный объем автомобильного движения. Она легко поддается ремонту. При отделке битумным покрытием ее долговечность значительно возрастает, а пыль устраняется. Она не кажется достаточно жесткой для движения грузовиков, если не уложена на исключительно хорошее основание.
Глава VIII
ЦЕМЕНТОБЕТОННЫЕ ДОРОГИ
Цементобетонная дорога является одной из более поздних разработок в дорожном строительстве, однако этот тип нашел достаточное применение, чтобы показать, что он является одним из удовлетворительных типов для тяжелого смешанного движения и, там, где имеются надлежащие материалы, одним из экономичных типов строительства.
Разрушающие факторы.—Целесообразно с самого начала четко представлять себе, что бетон в дорожном покрытии подвергается воздействию определенных разрушающих факторов, которые обычно не имеют значения при использовании бетона в других целях, и ими настолько часто пренебрегают, что средняя эксплуатационная пригодность цементобетонного дорожного покрытия порой оказывается намного ниже, чем она была бы при строительстве с должным учетом влияния движения на бетонные поверхности. В большинстве конструктивных применений бетона используется только его прочность на сжатие, а запас прочности таков, что до некоторой степени исключает разрушения из-за некачественных материалов или качества работ.
Цементобетонное дорожное покрытие подвергается сжатию под колесными нагрузками, изгибу, вызывающему растяжение в бетоне, истиранию от колес, а также растяжению и сжатию из-за влияния температуры. Масса колесных нагрузок может вызвать достаточную деформацию дорожной плиты для образования разрыва. Заполнители могут дробиться под колесными нагрузками, если материал слишком мягкий. Истирание от транспортных средств со стальными шинами изнашивает бетон, если он не является твердым и прочным. Изменения размеров из-за влияния изменения температуры вызывают растяжение или сжатие в дорожной плите и могут привести к образованию трещин. Замерзание и оттаивание в земляном полотне подвергают плиту вертикальным перемещениям и прерывистой поддержке, в результате чего возникают продольные и поперечные трещины.
Вышеизложенное указывает на важность получения хорошего бетона для дорожного покрытия, что достигается за счет использования подходящих заполнителей, правильного проектирования дорожного покрытия и соблюдения установленных методов строительства.
Проектирование.—Ширины, обычно принимаемые для бетонных дорог, составляют: для одноколейных дорог — 9 или 10 футов, а для двухколейных дорог — 18 или 20 футов. Толщина составляет от 6 до 8 дюймов по середине, изменяясь в зависимости от климатических условий и вида грунта, на который укладывается бетон. Толщина у края на 1 дюйм меньше, чем по середине, за исключением того, что покрытия толщиной 6 дюймов обычно имеют постоянную толщину, причем общий поперечный уклон составляет 2 дюйма. Толщина двухслойного покрытия такая же, как использовалась бы для однослойного покрытия в том же месте. Поверхность любой ширины имеет общий поперечный уклон в один или два дюйма для обеспечения стока воды с поверхности. Земляное основание часто делается плоским, а поперечный уклон достигается за счет большей толщины плиты по середине по сравнению с краем. На рис. 18 показано поперечное сечение для бетонных дорог.
Fig. 18.—Cross Section for Concrete Highway
В штате Калифорния бетонные дороги толщиной четыре или пять дюймов с покрытием из битумного коврового мата были построены успешно. Аналогичные конструкции применялись в нескольких других местах, однако для общей практики полагаться на столь тонкую плиту небезопасно. Климатические условия и условия грунта, вероятно, объясняют успех тонких дорог в Калифорнии.
Бетонные материалы.—Крупным заполнителем для бетона может служить щебень или галька, отсеянная из природного гравия. Долговечность необходима, но также важно обеспечить однородность бетона, чтобы дорожное покрытие изнашивалось равномерно и, следовательно, сохраняло ровность. Поставки щебня могут содержать небольшой процент мягких кусков, и те из них, которые окажутся на поверхности после отделки бетона, разрушатся под воздействием движения, оставляя выбоину на поверхности. Галька, отсеянная из гравия, также может отличаться по долговечности и должна подвергаться тщательному осмотру, если она используется в качестве заполнителя для бетонных дорог. Более твердые известняки, некоторые песчаники, галька из многих гравийных месторождений и практически все изверженные породы составляют удовлетворительные заполнители для бетонной дороги.
Иногда ни один из легко доступных крупных заполнителей не обладает достаточной долговечностью или однородностью для слоя износа бетонной дороги, однако подходящий заполнитель может быть получен по относительно высокой цене путем перевозки на значительные расстояния. В таких случаях применяется так называемый двухслойный тип бетонной дороги. Слой износа обычно имеет толщину около 2 дюймов и изготавливается из отборных заполнителей хорошего качества, привезенных для этой цели. Нижний слой изготавливается из заполнителей, которые не обладают желательными свойствами для слоя износа, но удовлетворительны для бетона, не подвергающегося истиранию. Заполнители для слоя износа подбираются с тем же вниманием к однородности и долговечности, что и в случае однослойного покрытия.
Гравий из карьера или щебень из дробилки обычно недостаточно однородны по пропорции мелкого и крупного материала для получения однородности в бетоне, и использование заполнителей такого характера для слоя износа не допускается, однако при надлежащем контроле они могут использоваться для нижнего слоя двухслойных дорожных одежд.
Мелкий заполнитель.—Мелким заполнителем обычно является природный песок, но иногда применяется смесь природного песка и каменных высевов. Мелкий заполнитель любого характера должен быть чистым, свободным от органических веществ и песка, не должен содержать значительного количества слюды, полевого шпата, щелочей, сланца или аналогичных вредных веществ и содержать не более двух с половиной процентов глины и иля. Песок имеет такой диапазон размеров, при котором весь он проходит через сито с ячейками в одну четвертую дюйма и не более примерно пяти процентов проходит через сито с ячейками 100 меш.
Пропорции.—Для бетона применяются различные смеси, поскольку они могут обоснованно варьироваться в определенных пределах в зависимости от точного характера и гранулометрического состава заполнителей. Опыт показывает, что бетон, используемый для слоя износа, должен иметь прочность на сжатие не менее 2500 фунтов на квадратный дюйм, и принимаемая смесь основана на требованиях, обеспечивающих желаемую прочность на сжатие. Обычной смесью для однослойного покрытия является одна часть цемента, две части песка и три с половиной части крупного заполнителя. Для слоя износа двухслойного типа дорожной одежды очень часто предписывается смесь того же рода.
Хотя эти пропорции, пожалуй, получили наибольшее распространение, использовалось множество других, особенно там, где заполнители обнаруживают особенности или условия движения являются необычными. Подчеркивается, что целью является получение бетона желаемой прочности, и никаких «стандартных» пропорций не существует.
Дозирование материалов.—При рассмотрении методов, применяемых для измерения заполнителей, следует подчеркнуть всю тщетность жестких требований к заполнителям, как в отношении качества, так и диапазона размеров, если материалы небрежно дозируются у бетономешалки. Если необходимо обеспечить хотя бы приблизительно одинаковые характеристики износа по всей площади цементобетонного дорожного покрытия, последовательные замесы бетона должны быть одинаковыми, и для обеспечения этого заполнители, включая воду в каждом замесе бетона, должны смешиваться в абсолютно одинаковых пропорциях. Заполнители измеряются различными способами, принципиально схожими в том, что целью является обеспечение ровно одинакового количества каждого ингредиента для каждого замеса бетона.
Один из методов заключается в помещении ящиков без дна в тачки, заполнении ящиков доверху вровень с краями и последующем снятии ящика. Другой метод состоит в использовании тачки с кузовом такой формы, чтобы содержимое при заполнении доверху составляло кратную величину от 1 кубического фута. Для более крупных работ заполнители подвозят в технологических вагонетках, каждая из которых имеет достаточную вместимость для одного замеса бетона. Корпус вагонетки снабжен перегородкой для разделения мелкого и крупного материала.
Вода измеряется в баке, который автоматически заново наполняется до одного и того же уровня каждый раз при опорожнении и при настройке на определенную смесь вводит нужное количество воды для каждого замеса. Чрезвычайно важно использовать наименьшее количество воды, которое позволяет получить удобоукладываемый бетон.