Строительство дорог в США
Строительство дорог в США – это зрелищное четко спланированное событие, где каждая операция выверена до минуты. В результате получается практически не убиваемое дорожное полотно, а водители вместо стресса на дороге получают комфорт и удовольствие от езды.
Виды дорог в США
Все дороги в США условно классифицируются на группы, некоторые из которых имеют свой подтип. Ниже приведен перечень групп от главных к второстепенным по значимости. Это:
К каждому индексу добавляется отдельный номер. На первый взгляд, кажется, что нумерация не логична. Но это не так. К магистралям с востока на запад присвоены нечетные номера, а с севера на юг четные. Нумерация возрастает с запада на восток, с юга на север. Нечетные числа обозначают выезд из города, а четные въезд. Но иногда из этого правила есть исключения.
Когда объездные кольцевые трассы достигают населенные пункты, они условно обозначаются номером маршрута и четным префиксом. Например, I-320 – это кольцевая на шоссе I-20, I-350 – на I-50. Если трасса будет пролегать через три города, то нумерация такая — номера I-250, I-450 и I-650. В других штатах нумерация начинается заново и дорог под номером I-250 может быть несколько по всем штатам.
Когда шоссе I-95 достигает Вашингтона с южной стороны, она сливается в знаменитое Кольцо (в Америке существует фраза «inside the Beltway» — «внутри Кольца») нумеруемое I-495. На севере города при выезде ей снова присваивается нумерация I-95.
Существует нумерация магистралей, которые соединяют крупные транспортные пути. Номер присваивают местные власти. Для этого разработаны два способа. Соединяющие дороги либо нумеруются согласно отрезку от самой западной или южной точки округа: съезд между отметками 4-х и 5-ти миль от границы присваивается номер 4, либо с южной или восточной стороны округа (так что первая дорога назовется № 1),
Подготовка к строительству
Перед началом строительных работ правительство в лице Департамента транспорта (US DOT) в средствах массовой информации, на сайте объявляется о решении ремонта или строительства дороги в США. Затем назначается день для публичного слушания (в суде, собственном офисе), где каждый неравнодушный житель может прийти и высказать свое мнение. Все чертежи, проектные решения есть на официальном онлайн-сайте. В случае разумных предложений проект может быть изменен или приостановлен.
Все ремонтные работы обозначаются специальными знаками, а участок работы ограждается фишками. На скоростных автомагистралях в целях безопасности участки защищаются бордюрами. Штрафы за нарушение скорости возле ремонтных работ удвоены, т.к. достаточно часто строители работают без ограждений.
Также возле рабочих может быть уложена специальная разметка в виде сигнальных кнопок. При нажатии на нее шиной авто издается специфический сигнал водителю.
Технология и особенности строительства дорог в США
Технология строительства дорог в США в каждом из штатов может немного отличаться. Это связано с климатическими условиями, геологией и геодезией. Но в основном дорожное полотно ложится по одинаковым правилам. В США по этому принципу уложено более 60% федеральных трасс. Ход работ предполагает рытье котлована, трамбовку основания, кладку арматурной сетки и заливку бетоном. Рассмотрим подробнее каждый из шагов:
1. Земляные работы. На предполагаемой трассе вынимается до 1 м грунта под котлован. Земляные породы не увозятся, т.к они в дальнейшем применимы для благоустройства придорожной территории. В случае ремонта снимается старый бетонный слой.
2.Подготовка основания. В вырытый котлован укладывается глина, щебень, песок. Все ингредиенты послойно заливаются водой, известковым 35% раствором (CaCl2),а затем перемешиваются экскаватором. После чего полученная масса трамбуется катками. Процедура пропитки водой позволяет высушить лишнюю влагу, а известь не разрешит произойти усадке и будет держать форму основания. Как показывают испытания, устойчивость подушки к механическим воздействия на 80% больше, чем при обычном трамбовании.
3.После уплотнения основания ложится слой асфальта толщиной 6-7 см, трамбуется и опять ложится слой асфальта до 7 см. Это делается для повышения гидроизоляционных свойств бетона, лучшей адгезии, подготовки поверхности и увеличения прочности внешнего слоя.
4.Армирование сеткой. Арматура в бетоне используется для предотвращения ям, трещин и равномерного распределения нагрузки. Когда асфальтовый слой высох, начинается процесс вязки арматурных сеток. Обычно применяют арматуру диаметром 16мм. После выкладки на земле сетки ее укладывают на подготовленные распорки. Они нужны для поднятия сетки. Идеальное положение распорок – чуть выше середины слоя бетона. Если положить слишком высоко арматуру, то она не покроется верхним бетонным слоем и будет ржаветь, если низко – то бетон не сможет набрать нужной гибкости. Арматура вяжется проволокой внахлест. Она укладывается шахматным шагом с ячейкой согласно проектным данным.
5. Заливка бетоном. Бетон заливается специальным бетоноукладчиком. Его толщина 25-30 см. Процесс заливки на одном отрезке дороги от начального термошва до конечного термошва непрерывный и кусок дороги в итоге получается без стыков и трещин. Следом за бетоноукладчиком работают вибротрамбовки. Они выгоняют лишний воздух из стяжки и уплотняют бетон. Для смеси покупается бетон марки III с мелким заполнением частиц. На равномерное отвердение бетона влияет температура наружного воздуха. В жарких штатах (Флорида, Калифорния) температурный фактор не позволяет проводить бетонирование днем, поэтому работы ведутся ночью.
6.Нарезка полотна на сегменты. Операция производится, корда бетон набирает прочность до 50-60%. Швы выполнят компенсацию при температурном расширении полотна, к тому же они не дает образовываться трещинам. После распиловки расшивкой их заполняют битумными составами.
7.Испытания бетона. За качеством дорожных работ в США следят строго. Отдельно во время застывания бетона формируют цилиндры 15х30см. Они испытываются на прочность методом сжатия в лабораторных условиях. Если испытания качества не пройдены, то весь отрезок участка от термошва до термошва переделывается.
Дополнительные работы. После вибрации бетона, бетоноукладчик делает шероховатым верхний слой. Он нужен для минимизации скольжения шин. Также на участок наносится дата производства работ, что упрощает отслеживание срока службы покрытия.
Разметка, знаки. На готовую поверхность наносится защитный слой, разметка, по обочинам устанавливаются дорожные знаки.
Преимущества и недостатки
Выбор в пользу бетонных дорог в США сделан по нескольким весомым причинам:
Из недостатков дорожного строительства можно назвать:
Если обычные асфальтовые дороги набирают прочность до 8 часов после работы асфальтоукладчика, то бетонное покрытие требует более длительного проведения работ (до 2-х месяцев) и хорошей усадки бетонной стяжки. К тому же, ремонт бетонного покрытия не может производиться ямочным способом. Поэтому чтобы выровнять поверхность и не менять весь отрезок дороги от края до края стыковочного шва строители идут на хитрость. На верхний слой наносится асфальтовое покрытие. Кардинальным методом считается полная замена бетонного полотна.
Интересные факты
Перспективы бетонных дорог в России
В нашей стране бетонные дороги занимают до 1% от 1,5 млн км дорог общего пользования. По такой технологии подготавливаются взлетно-посадочные полосы аэропортов. Это говорит о том, что в стране есть инженеры и прочие специалисты, которые могут строить бетонные дороги.
Главная проблема заключается в неукоснительном выполнении технологического процесса. Например, на трассе «Дон-4» отдельные участки выполнены из бетона, но из-за погрешностей в работе верхний слой пришел в негодность.
Участники дорожного строительства и эксперты уже готовят стратегию развития бетонных дорог в стране. Постановление правительства от 2017 г гласит о том, что между ремонтами дорог должно быть не менее 12 лет и без бетонных дорог не обойтись.
Строительство дорог в США
Я уже неоднократно писал о современных дорогах и о том как строят дороги и почему в России плохие и дорогие дороги. Сейчас же я решил поделится интересным материалом ЖЖ юзера mechanismone о строительстве дорог в США. Речь в его посте идет о том как строят монолитную бетонную дорогу в американском штате Техас, которая прослужит 30 лет и не будет продавлена даже самыми тяжелыми колесами.
Строительство дорог в США
Дороги — неотъемлемая часть сегодняшнего пейзажа городов. Для кого-то передвижение по дорогам — наслаждение быстрой комфортной ездой, для кого-то проблема и многочасовая тряска с пробками на узеньких дорогах.
Сегодня мы с вами отправимся на несколько строительных площадок в Техасе и посмотрим на то, как строят шоссе, почему бетонное покрытие лежит 30 лет без капитального ремонта (и вообще, почему, собственно, бетон?), a так же разберемся, почему грузовики с тридцати шести тонными «хвостами» не продавливают дороги.
1. Собственно, я уже коснулся темы жизни дальнобойщиков и устройства дорожной системы США, поэтому этот пост — продолжение тематического рассказа о дорожной системе.
2. Традиционно, начнем с истории. Первая бетонная дорога была уложена в США в 1930 году, в штате Индиана, а затем и в штате Иллинойс в 1940 году. В Техасе первое бетонное шоссе появилось лишь в 1951 году в городе Форт Ворс. Техасский департамент транспорта (DOT) очень быстро осознал правильность выбранного пути и начал активную укладку бетонных шоссе вдоль и поперек всего штата, и сегодня Техас является лидером в США по протяженности бетонных дорог, имея 20 117 км шоссе.
3. Все дороги США можно разделить на несколько больших групп, некоторые из которых, в свою очередь, состоят из классов. Итак, начиная от самых значимых и к менее значимым, дороги классифицируются на следующие группы: Interstate Highways (обозначается индексом I), US Highways (US), State Highways (в данном случае — TX), FM roads (FM, означающим Farm to Market), Local Roads (к этой группе относятся прочие дороги, такие как Road (Rd), Avenue (Ave), Junction (Jct) и прочие).
4. Правительство, в лице US DOT устанавливает определенные требования к строительству дорог, и требования эти варьируются от класса дорог к классу. Оговорюсь, что в отличие от мелких транспортных вопросов, таких, как ограничение скорости или маршрут прокладки дороги, стандарты дизайна не могут быть изменены штатовским DOT, все штаты подчиняются US DOT и стандартам строительства.
5. Так же замечу, что в отличие от дизайна (который во всех штатах един, знаки, указатели, разметка), технологии строительства немного разнятся в разных штатах, связано это с сейсмикой некоторых штатов, зимними условиями, болотами и т.д. Штатовские DOT проводят свои исследования по технологиям укладки дорог и вносят поправки в кодексы строительства DOT. Вообще, система подчинения кодов и штатовких DOT к US DOT очень запутана для обывателя, наверное напишу потом отдельный пост.
6. Я не думал, что когда-нибудь вернусь к DOT и тем более, буду писать обзор дорожного строительства, потому что сразу после окончания учёбы в университете, меня резко развернуло судьбой от строительства совсем в другие дебри. А ведь когда-то я сам писал диссертацию по транспортному вопросу строительства мостов для ТХ DOT, как оказалось, от старого не отвертишься.
7. Итак, перед тем, как начать строительство, DOT назначает публичное слушание (обычно в здании суда, или у себя в офисе). На слушание может придти любой житель района, где будет строиться или ремонтироваться дорога, и высказать свое мнение. Для того, чтобы у людей не возникало вопросов, что и как будет переделываться или строиться, все планы DOT есть на сайте онлайн (осторожно, очень тяжелый по размеру чертеж), например, для Далласа, заходим на сайт и смотрим все текущие проекты.
8. Проект может быть изменен по сбору мнений. Например, жители могу посмотреть на план и сказать, что нужно закрыть выход вот этой дороги к шоссе, для безопасности, или установить шумоизолирующую стену вдоль дороги, чтобы в соседних кафе было тихо.
9. Каждое разумное предложение будет изучено и если жители окажутся правы, то поправка будет внесена в проект. Слушание назначается как правило на ранних стадиях проекта, когда сделан лишь черновик, для того, чтобы потом меньше переделывать было в случае тотальных поправок. После того, как проект утрясут с местной братвой жителями, для DOT дается зеленый свет на работу.
Бетонные дороги
10. Все шоссе, индексируемые как I и US делают из бетона (за очень редким исключением). Связано это с тем, что именно по этим дорогам идет транзитный траффик, и самый большой поток как автомобилей, так и грузов. Ты что! У меня дорога ай-какая-то-там из асфальта! Вздыбятся кое-какие читатели. Да, дороги очень часто покрыты асфальтом — так вот, это фейк, под асфальтом — бетон. Просто после износа бетона, его покрывают асфальтом, до капитального ремонта. Такая хитрость делается для продления жизни дороги и оттягивания кап. ремонта, т.к. переложить бетон проблематичнее и дороже, чем накинуть слой асфальта сверху.
11. Выбор в пользу бетона был сделан в связи с несколькими особенностями последнего — его прочностью, долговечностью, неприхотливостью к нагрузке и перевесу грузовиков. Из минусов бетонного покрытия — его проблематичность укладки и ремонта. Если после асфальтоукладчика дорога готова через 8 часов для потока машин, то для открытия бетонной дороги требуется несколько месяцев работ, но результат оправдывает себя.
Подготовка к строительству дороги
12. Итак, получив зеленый свет для работ, DOT первым делом начинает думать о том, как закрыть дорогу без создания пробок. Для этого делаются либо временные полосы где-то на обочине (обычно времянки стряпают из асфальта), либо дорога переделывается с вынесением на обочины. Но в любом случае, DOT не может закрыть дорогу более чем на 30% пропускной способности.
13. Чаще всего DOT хитрит, и ремонтирует или строит участки полосами, сначала делают в одну сторону дороги, сдвигая все полосы в другую сторону, а потом пускает поток на построенную дорогу, занимая обочину и середину дороги, и начинает возиться с другой старой дорогой.
Ограничение скорости на дороге при строительстве
14. Все ремонтные зоны всегда обозначаются для водителей знаками, фишками, и информационными щитами, где строители пишут быстрые сообщения о текущем состоянии дороги или планируемом закрытии каких-то полос в будущем. На более скоростных дорогах текущие зоны отгораживаются бордюрами, ведь траффик на дороге по прежнему продолжает передвигаться со скоростью 100 км/час.
Разметка временная при строительстве дороги
15. Так же замечу, что строители не забывают про разметку, выполняется она в виде временных «пипок» наклеенных на дорожное полотно, такие пипки отлично видны ночью (очень часто в ремонтных зонах нет освещения, т.к. столбы еще не установлены), а так же чувствуются колесом, при наезде, давая знать водителю, что он зазевался.
16. Кстати, штрафы в зонах строительства всегда удвоены за все типы нарушений, особенно яростно карается превышение скорости, т.к. иногда строители работают без защитных бордюров. Полиция в свою очередь очень любит караулить нарушителей в таких зонах.
17. После того, как все огорожено и подготовлено для работ, начинается непосредственно процесс строительства.
Строительство бетонных дорог: подготовка основания дороги
18. Первым делом выгребается около метра пород, обычно порода не увозится, т.к. она может быть использована для различных насыпей или облагораживания территории. Если идет ремонт, то начинают снимать старое покрытие.
19. Затем укладывается подушка для дороги, обычно это гравий, песок и глина, все тщательно утрамбовывается после укладки каждого слоя, ибо нечего потом земле расползаться в разные стороны. Так же строятся все коммуникации и коллекторы.
Укладка песчанной подушки под дорожное полотно
20. Каждый уложенный слой поливают водой, а затем хлоридом кальция — а точнее 35% раствором CaCl2 или известковым раствором, после чего запускают бульдозеры с «вилками», которые перепахивают уложенный слой, после чего он снова трамбуется. Зачем? Дело в том, что как бы подушка не трамбовалась в натуральном виде, в ней есть вода (особенно в песке и глине), а когда вода испариться, подушка просядет, чтобы уменьшить процент проседания, разливают известь. Благодаря химической реакции известь держит в себе воду не позволяя ей испаряться и покидать подушку, т.е. сдерживает постоянный процент воды в подушке, не давая ей проседать. Как показывают исследования, показатели работоспособности такой подушки на 80% лучше, в сравнении с просто утрамбованной подушкой.
21. После того, как подушка уложена, укладывают двойной слой асфальта, слой этот относительно тонкий, толщина каждого слоя обычно 5-7 см.
Укладка асфальта под бетонное дорожное полотно в качестве подушки
22. Зачем под бетон укладывают асфальт? Для этого есть несколько причин. Во-первых бетон хрупкий к провалам, и в случае просадки земли сразу появится трещины, а как я упомянул выше, отремонтировать бетон не так просто. Причина, вызывающая просадку земли — это вода. Укладывая слой плотного асфальта под бетон, готовится ровная поверхность и убираются любые возможные просадки, т.к. асфальт плотно трамбуется и занимает всякие мелкие ямки и трещинки в грунте, а во-вторых он служит гидроизоляцией для воды, не позволяя ей попасть под бетон через термические швы бетонных стыков.
23. Напомню, что процент воды находящийся в уложенной подушке, будет очень слабо варьироваться в течении жизни дороги благодаря извести. Таким образом полотно дороги не склонно к просадкам, а если просадка и случается (иногда сдается грунт под подушкой), то получается ровная монотонная ямка, по которой приятно ехать, и которая не вызывает трещин в бетоне, благодаря более гибкому асфальту.
Монтаж арматуры для бетонного покрытия
24. После всех этих заморочек, наконец начинается монтаж арматуры для бетонного полотна. Обычно используют стандартную стальную арматуру диаметром 16 мм (413 МПа). После сбора арматуры на земле, ее поднимают на пластмассовые или металлические подставки. Идеальное положение арматуры — между 1/3 и 1/2 толщины стяжки от верхнего края, иными словами — чуть выше середины стяжки.
25. Причин тому две: если уложить арматуру слишком близко к поверхности — арматура может ржаветь от нехватки материала сверху, если уложить слишком глубоко — сталь не защитит бетон от трещин в верхнем слое бетона.
26. Стальная арматура приходит на строительную площадку прутами по 18 метров, на стыках арматура укладывается внахлест, который подсчитывается инженерами. На протяжении истории строительства, инженеры «вывели» технологию перехлеста, которая заключается в исключении нахлеста всей арматуры по ширине полотна дороги в одном месте. Сегодня чаще всего используют шахматный шаг, который прекрасно виден на этой фотографии.
27. Арматура в бетон используется для распределения нагрузки и предотвращения появления трещин в покрытии. Процент стали в поперечном сечении (перпендикулярно ходу автомобилей) обычно 0.60%, в продольном (по ходу движения автомобилей) — 0.85%.
28. Большинство трещин в покрытии возникает на расстоянии 1-3 метра, поперечно сечению дороги (перпендикулярно движению машин), т.к. автомобили продавливают колесами покрытие по ходу движения. Там, где стресс натяжения бетона превышает допустимую расчетную нагрузку — появляется трещинка. Бетон очень плохо себя ведет в натяжении, а сталь — очень хорошо, поэтому вместе они компенсируют недостатки друг друга.
29. Кстати, довольно давно было найдено линейное отношение количества и положения трещин в бетоне к объему стали, находящемуся в стяжке. Таким образом, было доказано, что со снижением контактной площади стали с бетоном, идет увеличение расстояния между трещинами.
Заливка бетона
30. Затем бетоноукладчик начинает заливку кусочка дороги. В процессе укладки строители активно трамбуют бетон вибраторами, чтобы выгнать как можно больше воздуха из покрытия, воздух снижает прочность бетона. За один раз укладчик должен залить участок от одного термического шва до другого шва, весь кусочек дороги должен быть монолитным и без стыков бетона. Для смеси используется бетон типа III, т.к. частички этого бетон более мелкие, в сравнении, например, с типом I, но нужно также не забывать, что использование более мелких частичек, увеличивает теплоотдачу бетона при отвердении, что вносит свои проблемы в процесс выдержки бетона. Температурный фактор внешней среды сильно влияет на образование трещин в покрытии.
31. В жарких климатических условиях (Техас, Флорида), обычно стараются укладывать бетон в ночное время, т.к. смесь теряет меньше влаги. Рекомендуемый температурный диапазон укладки бетон от 10 до 25 С градусов. В противном случае строители используют систему поливки бетона, чтобы избежать появления трещин в процессе твердения бетона. Но нужно не забывать, что добавление воды снижает процент прочности бетона, поэтому для поливки используется ряд своих мелких технологий и хитростей — чаще всего бетон кутают целлофаном.
32. Другой фактор, который сильно влияет на бетонное покрытие и его долговечность — это тип используемого щебня, например, речной камень, или карьерный щебень, имеют разные показатели термического расширения, прочности и гибкости. Таким образом, различный щебень является одной из причин появления трещин, в случае неучета его свойств. Подробное изучение различных типов щебня было проведено в 1960-х годах.
33. При заливке каждого участка, делаются бетонные цилиндры размером 10 (диаметр) х 20 (высота) см или 15х30 см, которые оставляются рядом с залитым участком, после 3 дней они будут взяты в лабораторию и разбиты, затем будет подсчитана прочность залитого бетона. Делается это для того, чтобы убедиться, что уложенный бетон отвечает всем требованиям. Делается это именно на строй-площадке, чтобы цилиндры находились в тех же условиях, что и бетон. Если залить цилиндры на заводе ЖБИ, откуда идут бетономешалки, очень часто получаются завышенные показатели. Если бетон не пройдет тест — покрытие придется демонтировать и перезалить.
34. Обычная толщина стяжки межштатовкисих шоссе — 30 см, более мелких шоссе — 20 см. Как показывает практика, такая толщина бетона, уложенная на асфальтовую подушку, прекрасно выдерживает нагрузки и не требует второй сетки стали. При увеличении толщины бетона — появляются трещины, т.к. бетон не имеет достаточно стали для распределения нагрузок, при уменьшении толщины — бетон не выдерживает нагрузки автомобилей.
35. После проходки, бетоноукладчик обычно рисует шероховатую поверхность, которая помогает сбегать воде при дожде, а так же повышает коэффициент сцепления колес автомобилей с дорожным покрытием. Иногда шероховатости сразу не делают, а нарезают уже после с помощью специальной машинки. Обычно это случается на монолитных мостах.
36. Так же после заливки на дороге не забывают подписать, когда данный отрезок был залит, это потом пригодится в ремонтных целях, а так же чтобы знать, когда дорогу можно открывать для транзита строительной техники в процессе работ. Бетон должен лежать минимум 7 дней без нагрузок, после семи дней по дороге можно ездить легкой строительной технике, но нужно не забывать, что полную прочность бетон обретет лишь через 28 дней, и если по каким-то причинам на покрытие попадет тяжелая техника, то структура бетона может быть полностью повреждена. Поэтому, если где-то нужно переехать дорогу тяжелому крану — под него стелят маты или бетон засыпают толстым слоем песка. 
37. После 28 дней дорога полностью готова к работе. Срок службы дороги без капитального ремонта — 25 лет. В городах Хьюстоне и Далласе есть участки шоссе, залитые в 1960 году, и находящиеся в отличном состоянии до сих пор. Эти участки используются для научных работ и наблюдения. Научные работы кипят в двух самых больших и престижных университетах Техаса — в г.Остин (столица штата Техас) и в г. Хьюстон.
38. Сегодня в США находится относительно много экспериментальных участков бетонного покрытия, т.к. Транспортный Департамент видит в бетонных дорогах будущее. Такие отрезки находятся во всех четырех климатических зонах страны и имеют разный дизайн. К 2001 году от нескольких сотен участков залитых в период с 1961 по 2001 года осталось 89 участков за которыми идет наблюдение.
Срок службы дороги
39. На основе экспериментов, проведенных в 1999 и 2001 годах на базе участков в возрасте от 25 до 40 лет, было сделано несколько заключений:
40. Опыт укладки бетонных дорог активно перенимается у США странами Азии и не только. Укладку бетонных автомагистралей активно ведет Китай и Япония, а также Австралия и некоторые страны Европы, используя наработанный опыт американских строителей дорог. В США, по возможности, штаты стараются строить новые дороги только из бетона, снижая этим расходы на содержание дорог в процессе их эксплуатации.
Ну а в следующий раз я затрону тему асфальтобетона, и расскажу почему DOT так не любит асфальт.
Видео о том как строят дороги в США
А теперь можно посмотреть на завораживающую работу строительства дорог в США из бетона в штате Иллинойс. Аарона Джонс снял работу строительной компании ET Simonds из Карбондейла. На видео снят процесс расширения трассы I-57. Показано 4 этапа: