Влияние формы и размеров бетонных камней мощения на эксплуатационные показатели дорожной одежды нельзя переоценить, поэтому правильный выбор брусчатки имеет больше значение при обустройстве дорожных и тротуарных покрытий.
В России производятся бетонные камни мощения различных форм и размеров. Как правило, проектировщики и ландшафтные архитекторы назначают формы и размеры камней, руководствуясь только поставленными архитектурными и дизайнерскими задачами. Однако, зарубежными и отечественными исследованиями установлено, что формы и размеры камней влияют на такие эксплуатационные показатели дорожной одежды как прочность и ровность дорожного покрытия. В этой статье узнаем как правильно выбрать брусчатку, какие рекомендации даются производителям, проектировщикам и строителям по выбору форм и размеров бетонных камней, с точки зрения улучшения эксплуатационных характеристик дорожного покрытия. Рассмотрим нормативные допуски размеров камней и их влияние на показатели ровности дорожного покрытия.
В настоящее время существуют несколько десятков видов бетонных камней мощения, производимых различными фирмами, отличающихся по формам и размерам (рис. 1). По оценкам специалистов среднегодовые темпы прироста объема рынка камней мощения за последние 5 лет составляют 15…20 %. С каждым годом ассортимент предлагаемых потребителю изделий увеличивается. В своей работе компании производители периодически решают вопрос выбора новых видов камней мощения для организации их последующего серийного выпуска.
Рис. 1. Наиболее распространенные виды брусчатки
Ландшафтные архитекторы и проектировщики в проекте назначают тот или иной вид камня, в основном, руководствуясь архитектурными и эстетическими задачами. Однако, расположение камней мощения в дорожном покрытии, их форма и размеры, должны не только гармонировать с окружающей застройкой, но и обеспечивать такие эксплуатационные показатели дорожной одежды как прочность и ровность покрытия. Именно этими соображениями нужно руководствоваться в первую очередь задаваясь вопросом: Какую брусчатку выбрать?
Под дорожной одеждой c покрытием из искусственных камней мощения понимается многослойная конструкция, состоящая из покрытия, несущего и (при необходимости) дополнительного слоя основания, а также грунта земляного полотна. Дорожная одежда воспринимает внешнюю нагрузку и передает ее на подстилающий грунт. Ее считают прочной, если под воздействием движения и погодно климатических факторов сохраняется сплошность и ровность покрытия. Ровность дорожного покрытия - это качественное состояние покрытия, характеризующееся наличием и величиной различных дефектов: выбоин, впадин, выступов, сдвигов, волн, ступенек.
Таким образом, выбор и применение бетонной брусчатки, с учетом обеспечения прочности дорожной одежды и ровности покрытия, являются актуальными вопросами для производителей, проектировщиков и строителей.
Брусчатка, по форме, разделяется на камни с горизонтальной в плане связью - фигурной формы «Уни», «Катушка» и без нее - простой формы «Кирпич», «Классика» (рис. 1).
Поставив цель выбрать брусчатку, правильным будет изучить результаты последних исследований, которыми установлено, что максимальным сопротивлением внешним воздействиям обладают камни, по форме наиболее близкие к кругу: восьмиугольные, шестиугольные и квадратные. Максимальной устойчивостью к сдвигу обладают покрытия, состоящие из камней с горизонтальной (в плане) связью. Конструкции покрытий из фигурных элементов мощения передают силы скольжения и качения не только в направлении движения, но и по поверхности дорожного покрытия, чем значительно снижают нагрузку на основание.
В Военном инженерно-техническом университете разработаны камни с вертикальными связями. Стыковые соединения таких камней образуются при помощи устройства на одной из сопрягаемых вертикальных граней гребня трапецеидальной, треугольной или выкружной формы, а на примыкающей к ней вертикальной грани другой плиты соответствующего паза (рис. 2).
Рис. 2. Эффективная брусчатка разработанная в Военном инженерно-техническом университете
Стыки на боковых гранях брусчатки препятствуют вертикальному смещению камней относительно друг - друга и обеспечивают частичное или полное восприятие внешних горизонтальных или вертикальных усилий. Компанией KOBRA Formen GmbH (Германия) разработана форма для производства камня «Verticom» (рис. 3). Такие камни, толщиной более 100 мм, предназначены для устройства высоко нагруженных дорожных покрытий.
Рис. 3. Брусчатка «Vertiсom»
При выборе брусчатки имейте в виду, что в случае использования элементов с наклонными гранями или фигурными выступами осложняется вопрос устройства и разборки покрытия, поскольку при монтаже и демонтаже покрытия требуется определенная последовательность операций, и не всякий элемент легко и без повреждения может быть извлечен из покрытия.
Форма и размеры камней мощения оказывают влияние на протяженность швов в дорожном покрытии. Увеличение количества швов вызывает удорожание строительства и ухудшение условий эксплуатации дорожных одежд. Через швы, в основание дорожной одежды, проникает вода, что приводит к деформации покрытия при отрицательных температурах («расползание» камней мощения в покрытии, и как следствие, выпадение отдельных элементов). Поэтому следует стремиться к сокращению швов в покрытии.
Как показывают исследования, наиболее целесообразным с точки зрения минимальной протяженности швов в покрытии является выбор правильных шестиугольных плит. А. А. Тимофеев пишет: «Если, например, количество швов в покрытии из правильных шестиугольных плит принять за 100%, то в случае применения равновеликих квадратных плит количество швов составит 107, 5 %, при треугольных плитах - 123 %. Применение прямоугольных плит вместо равновеликих квадратных также приводит к увеличению протяженности швов в покрытии».
Важное значение имеет расположение швов в покрытии. В случае интенсивного автомобильного движения, для равномерного износа дорожного покрытия желательно такое расположение швов, чтобы все места стыков камней мощения подвергались примерно одинаковому воздействию транспорта. С этой точки зрения в покрытии лучше всего использовать шестиугольные плиты или камни мощения, где швы расположены под различными углами к оси дороги и более равномерно изнашиваются или, в случае выбора прямоугольных камней (например, «Кирпич»), вести их укладку под углом к оси дороги - «елочкой».
В заключение рассмотрения вопроса: как выбрать брусчатку по форме и виду, скажем несколько слов о перспективах их конструирования. При конструировании мелкоразмерных плит, особое внимание уделяется как конструкциям с вертикальными связями за счет стыковых соединений, так и конструкциям с горизонтальными связями за счет полезных свойств конфигурации (рис. 4), что говорит о перспективности конструкций обладающих свойствами предотвращать просадки отдельных элементов и подвижки в горизонтальной плоскости отдельных рядов в покрытии”.
Рис. 4. Различные виды конструктивных решений в общей доле изобретений
В отечественном и зарубежном строительстве разработаны и нашли применение сочлененные конструкции. Б. Н. Карповым разработана дорожная сочлененная бетонная плита, представляющая собой монолитный при изготовлении и монтаже блок, расчленяющийся в процессе эксплуатации по заранее ослабленным сечениям (рустам) на систему элементов, связанных между собой соединительной арматурой. (рис. 6).
Рис. 5. Дорожное покрытие из сочлененных плит
Модуль для укладки в покрытие, представляющий собой соединенные между собой посредством ткани бетонные камни мощения, показан на рис. 7. В случае применения рассмотренных выше сочлененных конструкций упрощается перевозка и производство работ по устройству дорожного покрытия; поэтому, их производство может быть перспективно.
Рис. 6. Бетонная брусчатка, соединенная между собой посредством ткани и образующая единый модуль для укладки в покрытие
При выборе брусчатки важным параметром являются геометрические размеры, которые оказывают существенное влияние на эксплуатационные показатели дорожной одежды. Рекомендовано использование брусчатки высотой 60, 70, 80, 100, 120 и 140 мм. Основная рекомендуемая высота камней для покрытий тротуаров – 80 мм. На въездах, рассчитанных на движение автомобилей с нормативной нагрузкой на ось 6 тонн, не допускается применение камней высотой менее 80 мм. На въездах рассчитанных на движение автомобилей с нормативной нагрузкой на ось 10 т, не допускается применение искусственных камней высотой менее 100 мм. Рекомендуемое отношение максимального размера камня в плане к высоте – не более 3”.
По результатам выполненных исследований установлено, что при нагрузках на дорожное покрытие 3 т и более, следует назначать брусчатку криволинейной в плане формы с размерами: 0,12х0,12 м; 0,15х0,15 м; 0,17х0,17 м. Камни с меньшими или большими размерами не способствуют увеличению прочности дорожной одежды. Например, зарубежными компаниями-производителями прессформ, предлагаются формы для изготовления бетонных камней мощения размерами в плане 50х50 мм. Применение камней таких небольших размеров, на территориях, где возможна нагрузка от автотранспорта, может повлечь деформацию и нарушение ровности дорожного покрытия.
Проанализируем влияние допусков по толщине камней мощения на ровность дорожного покрытия. Техническими условиями, установлены следующие допуски размеров искусственных камней мощения (табл. на рис. 7).
Рис. 7. Допуски размеров искусственных камней мощения
Нормативными документами СНиП III-10-75 «Благоустройство территорий» (пп. 3.23.3.25) и СНиП 3.06.03-85 «Автомобильные дороги» оговариваются следующие предельные отклонения: в вертикальных смещениях в швах между соседними камнями L - не более 2 мм; ровности песчаного основания при проверке двухметровой рейкой - 5 мм.
Данные подсчетов предельных отклонений с указанными выше допусками приведены в табл. на рис. 8.
Рис. 8. Размерные цепи при устройстве сборного дорожного покрытия из искусственных камней мощения
Из таблицы видно, что при существующих допусках основания и толщине камней мощения, только в четырех случаях из шестнадцати, не требуется перекладка покрытия. Это свидетельствует о том, что, либо нормативные допуски по ровности покрытия (вертикальным уступам между соседними камнями) завышены или, наоборот, требуется ужесточение допусков по ровности основания и толщине камней. В любом случае, формальное соблюдение действующих в настоящее время допусков по ровности покрытия практически не возможно.
Если вы выбираете брусчатку под механизированную укладку, то надо принимать во внимание, что неточность изготовления изделий (большие допуски геометрических размеров) не позволяют использовать подобный метод мощения существующими машинами: «ROBOTEC»; «Optimas» и др. Согласно руководству, для искусственных камней, предназначенных для механизированной укладки, допуск по толщине должен находиться в пределах 2 мм.
Надо отметить, что производители прессформ стремятся к уменьшению различного рода погрешностей, которые, в конечном счете, могут повлиять на качество изделий. Например, формы OPTIMILL компании Kobra Formen GmbH (Германия) для производства камней мощения методом вибропрессования имеют допуски размеров ячеек менее 0,3 мм, девяностопроцентную вертикальность стенок к нижней плоскости формы. В формах Boltine (рис. 9), этой же фирмы, все стенки матриц сменные, вставные и крепятся на болтах. Это позволяет, при необходимости, легко заменять наиболее изнашиваемые части формы. В результате уменьшается стоимость ремонта, так как заменяются только отдельные части формы и получается лучшее качество изделий. Надо отметить, что при производстве бетонных камней методом вибропрессования, в отличие от вибролитья, достигается более высокая идентичность изделий, так как они делаются в одной пресс-форме.
Рис. 9. Принципиальная конструкция формы Kobra Boltine (Германия) для производства бортового камня
В заключении, следует заметить, что эксплуатационные показатели дорожной одежды из брусчатки зависят не только от правильного выбора формы, размеров и раскладки камней мощения, но и от качества подготовки слоев основания. С. А. Анохин и В. Д. Кузнецов на международной научно-практической конференции «Качество. безопасность, энерго- и ресурсосбережение в промышленности строительных материалов и строительстве на пороге XXI века», в своем докладе «Причины разрушения тротуарной плитки», среди нескольких причин разрушения тротуарной плитки в процессе ее эксплуатации, указывают на недостаточность подготовки основания перед ее укладкой. Дорожные покрытия из искусственных камней мощения - высокодеформативные покрытия, поэтому следует обеспечить повышенные требования к конструктивным слоям дорожной одежды. Прочность слоев основания должна быть повышена за счет расклинцовки, армирования георешетками или других мероприятий. При строительстве важно обеспечить надежное закрепление крайних рядов и непрерывность примыкания камней друг к другу, а также качественное заполнение швов.
