Projektowanie i technologia przebudowy nawierzchni betonowej z zastosowaniem technologii rubblizingu Piotr Jaskuła, Politechnika Gdańska, Polska Józef Judycki, Politechnika Gdańska, Polska STRESZCZENIE W artykule przedstawiono projektowanie i technologię przebudowy starej nawierzchni z betonu cementowego drogi krajowej nr 22 na odcinku Chojnice Tczew poprzez rozkruszanie na miejscu starych płyt betonowych (ang. rubblizing) i wbudowaniu nakładki asfaltowej. Technologię rubblizingu zaprojektowano po raz pierwszy w Polsce. Omówiono wady i zalety technologii rubblizingu, przedstawiono wydajność, jak i orientacyjne ceny jednostkowe. Pokazano proces obliczeniowy niezbędnej nakładki asfaltowej dla spełnienia określonych wymagań prognozowanego ruchu. SUMMARY The paper presents design and technology of reconstruction of old concrete pavement on state road No. 22 on the section Chojnice Tczew with use of rubblizing of old concrete slabs and overlay with asphalt courses. Rubblizing technology has been designed for the first time in Poland. The paper presents advantages and disadvantages of rubblizing, capacity of work, as well as, approximate unit cost. The process of calculation of asphalt overlay to meet requirements of forecast traffic was presented. 1. Wprowadzenie Nawierzchnia na omawianej drodze krajowej Nr 22 została wybudowana pod koniec II Wojny Światowej z betonu cementowego. Droga krajowa nr 22 nosi popularną nazwę berlinka. Przebiega od granicy z Rosją do granicy z Niemcami, przez Elbląg, Malbork, Chojnice i Gorzów Wielkopolski. W latach 1940-tych była planowana jako połączenie Berlina z Królewcem. W czasie przeszło 60-letniej eksploatacji część nawierzchni pozostała jako betonowa, a na części odcinków zostały wykonane różnego rodzaju nakładki asfaltowe. Nakładki te wykazują zniszczenia powierzchniowe i strukturalne, które narastają w czasie. Płyty betonowe są spękane, klawiszują, szczeliny są rozsunięte i przemieszczone pionowo. Obecnie zły stan nawierzchni stanowi źródło znaczącego i uciążliwego hałasu wywoływanego przez przejeżdżające pojazdy samochodowe, a w szczególności pojazdy ciężarowe. Jednocześnie zły stan nawierzchni betonowych, to znaczy spękania, lokalne zapadłości nawierzchni, nierówności podłużne i poprzeczne, jak i gwałtowne uskoki w profilu nawierzchni mogą być przyczyną nieszczęśliwych wypadków, czy kolizji drogowych. GDDKiA Oddział w Gdańsku podjął działania zmierzające do kapitalnego remontu nawierzchni tej drogi. Proces planowania i projektowania technicznego remontu był prowadzony przy udziale i pod naukowym nadzorem Politechniki Gdańskiej. Politechnika Gdańska opracowała program badań dla ustalenia stopnia degradacji nawierzchni oraz dobrania odpowiedniej technologii jej naprawy. Badania te zostały zlecone Instytutowi Badawczemu Dróg i Mostów (IBDiM) w Warszawie.. Katedra Inżynierii Drogowej Politechniki Gdańskiej dokonała analizy wyników badań i zaproponowała zarządcy drogi właściwy kierunek działań w celu przywrócenia drogi do właściwego stanu technicznego, poprawy bezpieczeństwa ruchu, jak i zlikwidowania negatywnego oddziaływania drogi na otaczające środowisko. Po raz pierwszy w Polsce Politechnika Gdańska zaprojektowała technologię rubblizingu starych płyt betonowych. W opracowaniu projektu wykorzystano wyniki badań terenowych, wykonanych przez Laboratorium IBDiM w Warszawie: pomiary ugięć nawierzchni aparatem FWD, pomiary ciągłości warstw konstrukcji nawierzchni georadarem GRSP, pomiary równości podłużnej profilografem laserowym, odwierty kalibracyjne wraz z sondą wbijaną, zarejestrowany obraz pasa drogowego oraz ocenę wizualną nawierzchni wykonaną przez pracowników Politechniki Gdańskiej. Projekt techniczny remontu tego odcinka drogi wykonała firma projektowa DiM Gdańsk. 1
2. Ocena stanu istniejącego 2.1. Ocena wizualna Główne zniszczenia nawierzchni to: pęknięcia płyt poprzeczne i podłużne, otwarte szczeliny dylatacyjne, rozwartość szczelin najczęściej do 50 mm (zdarzały się miejsca, gdzie zaobserwowano szczeliny o szerokości >50 mm), różnica poziomów krawędzi sąsiednich płyt do 25 mm, złuszczenia powierzchni płyt i ubytki, złuszczenia i ubytki nakładek z mieszanki mineralno-asfaltowej, lokalne zapadnięcia płyt, powodowane niedrożnym odwodnieniem. Rysunek 1. Widok zdegradowanej nawierzchni z betonu cementowego drogi krajowej nr 22 Rozpoznanie układu i grubości warstw konstrukcji dokonano na podstawie analizy wyników z georadaru, wspomaganego odwiertami w konstrukcji nawierzchni. Pomiar georadarem przeprowadzono na wszystkich pasach ruchu, z częstotliwością co 10 cm dla anteny 400 MHz oraz co 5 cm dla anten 1 i 2 GHz. Na podstawie analiz wyników badań można było stwierdzić, że płyty betonowe posadowiono bezpośrednio na podsypce piaskowej na podłożu gruntowym bez warstwy podbudowy. Płyty betonowe były w większości przypadków układane w dwóch warstwach w technologii mokre na mokre. Grubość górnej warstwy wynosiła średnio 8 cm i była ona wykonana z wykorzystaniem wysokiej jakości kruszywa bazaltowego, a dolną warstwę o grubości średniej 14 cm wykonano z wykorzystaniem kruszywa żwirowego. Dolna płyta była na poszczególnych odcinkach zbrojona. Całkowita grubość płyty wynosiła 22 cm. 3. Proponowana technologia remontu Na podstawie analizy studiów literatury (AI 1983, TRL 2006, Coley 2006, Woliver 2004, Circular 2006, Thompson 1999, Thompson 2005) opracowano zestawienie możliwych technologii napraw nawierzchni z betonu cementowego. Technologie możliwych napraw nawierzchni z betonu cementowego podzielono na trzy główne grupy: 1. Naprawy powierzchniowe a. Nacięcie nawierzchni i uszczelnienie szczeliny 2. Naprawy z zastosowaniem warstwy pośredniej 2
a. Geosiatki i geotekstylia b. Membrany międzywarstwowe absorbujące naprężenia (ang. stress absorbing membrane interlayer - SAMI) c. Metoda warstwy zapobiegającej penetracji spękań odbitych (ang. crack relief layer CRL) 3. Naprawy wgłębne a. Rozkruszenie (ang. rubblizing) b. Metoda kruszenia i osadzenia płyt (ang. crack and seat) c. Metoda cięcia, kruszenia i osadzania płyt (ang. saw-cut, crack and seat) Wszystkie metody uwzględniają zastosowanie nakładki z mieszanki mineralno-asfaltowej na istniejącą lub przetworzoną nawierzchnie z betonu cementowego. Dokładna analiza wyników badań i ocena wizualna stanu nawierzchni wymusiła konieczność wgłębnej naprawy. Wybrano technologię rozkruszania płyt betonowych na miejscu (ang. rubblizing), przetwarzając starą nawierzchnię w podbudowę niezwiązaną i przykrywając nakładką asfaltową. Technologia remontu została opracowana przy następujących założeniach: 1. W maksymalnym stopniu zostaną usunięte przyczyny uszkodzeń występujące w chwili obecnej takie jak: zbyt niska nośność nawierzchni, nie w pełni sprawny system odwodnienia konstrukcji, wyczerpana trwałość nawierzchni. 2. Zostaną usunięte czynniki, które mogą mieć wpływ w przyszłości na prace konstrukcji nawierzchni. Tymi czynnikami zostały zdegradowane płyty betonowe nawierzchni (połamane, popękane i klawiszujące). 3. Konstrukcja zostanie dostosowana do obciążeń 115 kn na oś dla 20 letniego okresu obliczeniowego. 4. Warstwa ścieralna zostanie wykonana z mastyksu grysowego (SMA). 4. Rozkruszanie starych płyt betonowych na miejscu (ang. rubblizing) Nazwa rubblizing może być tłumaczona jako łamanie płyt betonowych, rozkruszanie. Za pomocą tej techniki można dokonać zamiany starej, nadającej się do naprawy nawierzchni, na stabilną podbudowę pod nakładkę asfaltową bądź betonową. Metoda ta polega na rozkruszeniu za pomocą specjalnych maszyn istniejących płyt betonowych na miejscu na mniejsze, drobne elementy. Następnie, w zależności od zastosowanej metody rubblizingu (bo są dwie), należy dokładnie zagęścić otrzymany gruz, tak aby stanowił platformę roboczą oraz fundament pod kolejne warstwy, najczęściej asfaltowe. Poprawnie wykonany proces zapewnia brak, a przynajmniej bardzo małe prawdopodobieństwo pojawienia się spękań odbitych, jak i pozwola zmniejszyć koszty, szczególnie te związane z potrzebą zakupu i dowozu kruszywa do podbudowy (w przypadku całkowitej wymiany nawierzchni), czy też z wywozem i kruszeniem obecnej nawierzchni poza placem budowy (w przypadku recyklingu). Choć technika wymaga specjalnego sprzętu, jest dość prosta i skuteczna, z powodzeniem sprawdzająca się w podobnych do polskich warunkach. Rubblizingu nie można stosować na słabych podłożach, ze względu na duże naciski od maszyn kruszących płyty. To samo tyczy się płyt o niedużych grubościach. Problemem mogą się też okazać pobliskie zabudowania oraz w szczególności podziemne uzbrojenie terenu, dlatego technologia ta jest mało skuteczna w miastach, choć nie jest wykluczana przy zachowaniu odpowiednich warunków. Przy rubblizingu zalecane jest przeprowadzenie dokładnych badań nośności gruntu oraz nawierzchni. Ważna jest też ciągła kontrola w trakcie łamania, zabezpieczanie miejsc o słabej nośności, miejsc gdzie występuje uzbrojenie ziemne oraz kontrola ewentualnego zbrojenia płyt. Do zrealizowania procesu rozkruszenia dostępne są dwa typy urządzeń, zależnie od rodzaju wybranej metody rozkruszania. Do dyspozycji są urządzenia: Łamacz wielogłowicowy ang. Multi-Head Breaker wybrany do realizacji przebudowy DK22, Łamacz rezonansowy ang. Resonant Frequency Breaker Multi-Head Breaker (łamacz wielogłowicowy) zawiera 12 młotów umieszczonych parami w dwóch rzędach, w jednym z przodu i drugim po przekątnej (z przesunięciem liniowym) z tyłu. Częstotliwość uderzeń waha się pomiędzy 30 a 35 uderzeń na minutę. Maszyna ma niecałe 2,5 metra szerokości, ale dodając dodatkowe młoty po obu stronach można uzyskać szerokości blisko 4 metrów. Młoty o szerokości 200 mm mają przyspawane do podstaw mniejsze pręty o średnicy 38 mm, skupiające siłę uderzenia. Jakość łamania można zmieniać poprzez dobór prędkości pojazdu i wysokości z jakiej opuszczane są młoty. Ciężar młotów zależy od modelu maszyny, i 3
może być stała dla wszystkich młotów w pojeździe, bądź kombinacją dwóch wag. Oprócz samojezdnych urządzeń są też przyczepy ciągnione za ciężarówką. Zaletą jest możliwość rozkruszenia całej szerokości pasa za jednym przejściem. Poza tym Multi-Head Breaker jest lżejszy od łamacza rezonansowego, dzięki czemu może pracować na słabszym podłożu oraz kruszy cieńsze płyty (nawet 150 mm grubości). Można go wykorzystywać przy otwartym ruchu na sąsiednich pasach. Po skończeniu procesu rubblizingu jest konieczność użycia walca o bębnie ze wzorem Z-kształtnym w celu wyrównania i dokruszenia powierzchni. Rysunek 2. Multi-Head Breaker (łamacz wielogłowicowy) i walec zygzakowy 4.1. Przygotowanie nawierzchni do rubblizingu Aby nawierzchnia była odpowiednio przygotowana do procesu rubblizingu należy usunąć istniejące warstwy asfaltowe, w szczególności gdy są zbyt grube (unikniemy dzięki temu problemów z przenoszeniem siły uderzeń młotów). Wszelkie luźne materiały (wypełnienia szczelin, ubytki nawierzchni) powinny zostać usunięte z powierzchni. Można usunąć je po procesie rubblizingu, ponieważ w jego trakcie, mogą powstać nowe luźne części na powierzchni. Łaty w nawierzchni, o ile nie są to łaty betonowe lub niewielkie solidne łaty asfaltowe, należy usunąć i zastąpić lepiszczem asfaltowym bądź kruszywem. Przed rubblizingiem należy przeciąć wszelkie dyble i kotwy (o ile istnieją). Zalecane jest przecięcie płyty na całej grubości. Drenaż powinien być ułożony przed rozpoczęciem rubblizingu na minimum 14 dni po obu stronach nawierzchni, oraz działać w jego trakcie, jeżeli podbudowa jest słaba, bądź występuje wysoki poziom wód. Drenaż ma za zadanie zbierać i usuwać wodę z rozkruszonego betonu, nawierzchni, podbudowy. Występowanie uzbrojenia podziemnego należy oznaczyć i redukować siłę uderzeń w zaznaczonych miejscach. Ewentualnie należy rozebrać płyty z betonu cementowego i zastąpić kruszywem. 4.2. Zalecenia przy rubblizingu Proces rubblizingu rozpoczynamy od krawędzi bądź centralnej osi nawierzchni. Specyfikacje techniczne określają maksymalną wielkość rozkruszonego elementu, równocześnie dając inżynierowi możliwość zmiany. Założone wielkości są wielkościami jakich można się spodziewać przy dobrej jakości podbudowie. Wielkości rozkruszonych elementów zależą od jakości podbudowy podłoża płyt betonowych, grubości płyt betonowych, rodzaju zastosowanego zbrojenia w betonie oraz typu używanych urządzeń do rozkruszenia. Im lepsza jakość podbudowy warstwy bezpośrednio pod płytą betonową, tym mniejsze elementy można uzyskać podczas rozkruszania, niż pracując na słabej podbudowie. Podczas procesu rubblizingu, należy kontrolować jakość robót, pamiętając o tym, że rubblizing ma służyć stworzeniu dobrej jakości podbudowy pod nawierzchnię asfaltową. Ma ona na celu zmniejszyć szanse na pojawienie się spękań odbitych poprzez pozbycie się starych uszkodzeń nawierzchni betonowej oraz istniejących w niej szczelin. 4
Tak wykonana podbudowa ma stanowić solidną platformę roboczą dla maszyn wykonujących dalsze czynności związane z wbudowaniem kolejnych warstw, oraz zapewnić solidny fundament pod dywanik asfaltowy. Jeżeli w istniejącej podbudowie warstwie bezpośrednio pod rozkruszaną płytą betonową znajdują się obszary o słabszej nośności, należy podjąć odpowiednie działania w trakcie procesu rubblizingu, tzn. zmniejszyć siłę uderzeń na danym obszarze. Rysunek 3. Nawierzchnia przed zagęszczeniem po wykorzystaniu RFB (po lewej) i MHB (po prawej. Nie powinno dopuszczać się ruchu na rozkruszonym betonie, ze względu na możliwość przemieszczania się mniejszych elementów betonu. Także ruch maszyn budowlanych powinien zostać ograniczony do minimum, szczególnie w miejscach gdzie są słabsze warunki gruntowe, bądź mniej nośna podbudowa. W przypadku lekkich opadów nie ma konieczności przerywania robót. Jeżeli boczne drenaże są wykonane poprawnie, prace można zacząć szybko po dużych opadach. Gdy mamy do czynienia z gruntami wrażliwymi na wilgotność, proces rubblizingu należy przeprowadzić tak, aby podłoże nie było narażone na działanie czynników atmosferycznych. Możliwe jest używanie wody do kontroli zapylenia przed układaniem warstwy asfaltowej. Podczas rubblizngu należy uwzględnić siłę uderzeń i powstające wibracje jeżeli w pobliżu znajdują się jakieś budowle. 4.3. Zagęszczanie po rubblizingu Celem zagęszczania jest zapewnienie dobrego klinowania się rozkruszonej nawierzchni z płyt betonowych oraz zminimalizowanie przemieszczeń rozkruszonego materiału. Do przygotowania rozkruszonego materiału pod układanie warstw asfaltowych używa się walców wibracyjnych. Rodzaj walca wibracyjnego zależy od wykorzystanej do rubblizungu maszyny rozkruszającej. Po zastosowaniu MHB do zagęszczania używa się walca wibracyjnego z wzorem o kształcie litery Z. Jego zadaniem jest dalsze rozkruszenie betonowych kruszyw. Następnie używa się walca gładkiego stalowego lub ogumionego. Jego zadaniem jest osadzenie pokruszonego materiału. Należy pamiętać o konieczności zmniejszenia amplitudy drgań, jeśli w danym obszarze mamy do czynienia ze słabym bądź wilgotnym podłożem. Po zagęszczeniu należy zbadać jakość otrzymanej podbudowy na przykład poprzez badanie nośności. 4.4. Ograniczenia w zastosowaniu rubblizingu Do rubblizingu nie nadają się nawierzchnie o grubości mniejszej niż 17,5 cm na słabej podbudowie/podłożu gruntowym i o wysokiej wilgotności. Dla niektórych płyt, naciski od maszyn RFB i MHB mogą być zbyt duże, 5
dlatego ważne jest dokonanie dokładnej oceny nawierzchni przed rubblizingiem i oceny warunków gruntowych, w miarę możliwości tuż przed rozpoczęciem prac. Należy zwrócić uwagę na możliwość zmiany warunków gruntowych od chwili przeprowadzenia ostatnich badań. 4.5. Kontrola jakości po rubblizingu Jedną z ważniejszych rzeczy przy kontroli, jest sprawdzenie frakcji otrzymanej mieszanki po rozkruszeniu. Niestety jest to bardzo skomplikowany proces, a ocena wzrokowa może okazać się niewystarczająca, gdyż zewnętrzne spękania mogą nie oddawać rzeczywistej jakości wykonanego rubblizingu. Do sprawdzenia wykopuje się odkrywki w rozkruszonej nawierzchni po pierwszym dniu rubblizingu. Odkrywki o powierzchni ok. 1 metra kwadratowego zasypuje się potem kruszywem i zagęszcza. W późniejszych etapach rubblizingu nie ma potrzeby wykonywania więcej takich odkrywek. Rysunek 4. Odkrywka po pobranej próbce kruszywa, do badań uziarnienia. Zbrojenie na powierzchni. Specyfikacja wymaga mniejszych niż 9-calowe (230 mm) elementów na powierzchni nawierzchni i maksymalnie 12-calowych (310 mm) elementów w dolnej części płyt. Jeżeli warunki te nie zostaną spełnione, wykonawca musi powtórzyć proces, użyć innego sprzętu albo usunąć materiał i zastąpić go właściwym. Jakiekolwiek zbrojenie może zostać na swoim miejscu, o ile nie wystaje ono na powierzchnię. Wystające zbrojenie należy usunąć z powierzchni rozkruszonej warstwy. 4.6. Zalety i korzyści korzystania z rubblizingu 1. Zapobieganie spękaniom odbitym w warstwach asfaltowych. 2. Polepszenie równości przy układaniu dywaniku asfaltowego. 3. Znaczne zmniejszenie czasu budowy w porównaniu do odbudowy nawierzchni. 4. Zmniejszenie kosztów w porównaniu do odbudowy nawierzchni. 5. Zwiększenie trwałości warstw asfaltowych. 6. Polepszenie warunków ruchu lokalnego w trakcie budowy, ze względu na krótszy czas budowy. 4.7. Wydajność i ceny jednostkowe rubblizingu Na podstawie prowadzonych rozmów z przedstawicielami najbliższego oddziału jedynej firmy na świecie, dysponującej wybranym urządzeniem Multi Head Breaker do realizacji procesu rozkruszania ang. rubblizngu zebrano następujące informacje dotyczące wydajności i cen jednostkowych. Wydajność 1. Urządzenie podczas pracy porusza się z prędkością 0,1-0,4 km/h. 2. Szerokość pracy urządzenia przy jednym przejściu wynosi od 0,7 do 3,9 m. 3. Podczas jednej zmiany roboczej jest w stanie rozkruszyć 5000 m 2 nawierzchni z płyt betonowych. Analiza kosztów i czasu rozkruszania (rubblizing) 10 km drogi z nawierzchnią z betonu cementowego o szerokości 9 m: 90.000 m 2 = 2 x 4,5 m x 10 000 m Czas potrzebny: 18 dni + 2 dni próbne Urządzenie MHB 3,9 m szerokość z operatorem 6
Grid Roller (walec zygzakowy) z operatorem Kierownik robót rozkruszania Zakwaterowanie Transport (tam i z powrotem) 5800 euro/maszynę Cena rozkruszania: 3,10 euro/m 2 Do cen powyżej należy doliczyć następujące koszty: 180 litrów paliwa/dzień (150 l MHB+30 l walec zygzakowy) 20 t walec gumowy z operatorem Usuwanie widocznego zbrojenia Wymiana miejsc słabych Badania bieżące: uziarnienie, zalecane pomiary drgań Badania powykonawcze: FWD. Najbliższy oddział firmy specjalizującej się w technologii rozkruszania-rubblizing Antigo Breakers Ltd. ma siedzibę w Wielkiej Brytanii. 4.8. Organizacja procesu rubblizingu Ze względu na ograniczoną szerokość pracy urządzenia w przypadku rozkruszania nawierzchni z płyt na drodze krajowej nr 22 należy uwzględnić trzy przejścia urządzenia MHB na szerokości nawierzchni równej 9 m. Sugeruje się w pierwszym przejściu pozostawić jak najwęższą (minimalną) szerokość pasa dla ruchu pojazdów, a pozostałą część pokruszyć w dwóch przejściach i wbudować nakładkę asfaltową. Taka organizacja robót ma dodatkową zaletę, a mianowicie przesunięcie szczelin technologicznych nakładce asfaltowej. 5. Uzasadnienie doboru właściwej technologii przebudowy nawierzchni betonowej Główną zaletą zaproponowanej technologii przebudowy nawierzchni z betonu cementowego jest prawie 100% wyeliminowanie spękań odbitych, które mogą wystąpić w innych technologiach. Brak jest w Polsce kryteriów wyboru właściwej technologii naprawy nawierzchni z betonu cementowego. Dlatego przy wyborze technologii naprawy autorzy wspomagali się amerykańskimi przepisami i zaleceniami doboru właściwej technologii. Na podstawie wymagań Departamentu Transportu Stanu Wisconsin DOT oraz Amerykańskiego Stowarzyszenia Nawierzchni Betonowych (ACPA) potwierdzono zasadność wyboru technologii rozkruszania rubblizing. Według wymagań z Wisconsin można stosować rubblizing, gdy: >20% szczelin wymaga naprawy, >20% łat na powierzchni, >20% płyt przełamanych, >20% długości odcinka wykazuje uszkodzenie szczeliny podłużnej - szerokość >10 cm Według wymagań ACPA (American Concrete Pavement Association) można stosować rubblizing, gdy: >8% narożników przełamanych, >15% szczelin wymaga naprawy, >12 mm nierówności sąsiednich płyt, >2,5 mm IRI Zalecany sposób naprawy potwierdza także Instytut Asfaltowy z USA na podstawie wskaźnika przenoszenia obciążeń sąsiednich płyt betonowych. Kryteria wskaźnika LTE, jak i zalecany sposób naprawy nawierzchni pokazano w tablicy 1. Tablica 1. Charakterystyka wskaźnika przenoszenia obciążeń LTE, wg kryteriów Instytutu Asfaltowego Wskaźnik ugięć, D2/D1 Kategoria LTE Naprawa >0,75 Właściwy Nacinanie i uszczelnienie, Warstwa pośrednia 0,60-0,75 Dobry Warstwa absorbująca (porowata), Rozprężenie, kruszenie płyt <0,6 Słaby Rozprężenie, kruszenie płyt Omawiana nawierzchnia drogi krajowej nr 22 spełnia wszystkie wymienione kryteria. 7
6. Obliczenia grubości nakładki asfaltowej na pokruszonej nawierzchni (po rubblizingu) Obecnie jest kilka metod umożliwiających projektowanie konstrukcji nawierzchni z uwzględnieniem rubblizingu. Jedną z nich jest metoda AASHTO znana i sprawdzona w USA, ale praktycznie niestosowana w Europie i w Polsce. Inną jest metoda mechanistyczno empiryczna, która posiada możliwości adaptacji do różnorodnych warunków konstrukcyjnych i technologicznych. Obliczenie wzmocnienia nawierzchni w omawianym przypadku wykonano według metody mechanistyczno - empirycznej, zgodnie z (Rozporządzeniem 1999). Procedura postępowania podczas obliczeń była następująca: a) obliczenie ruchu projektowego, b) przyjęcie grubości warstw konstrukcji nawierzchni, c) określenie stałych materiałowych warstw, modułów E i współczynników Poissona ν, d) obliczenie naprężenia i odkształcenia w konstrukcji nawierzchni, e) obliczenie trwałości zmęczeniowej nawierzchni (ilości obciążeń do osiągnięcia stanu krytycznego). Obciążenie ruchem w okresie obliczeniowym 20 lat eksploatacji nawierzchni, wynoszące 7,8 mln osi 115 kn/pas klasyfikuje ten ruch do górnego przedziału kategorii KR5 (4,17-8,3 mln osi 115 kn/pas). Zgodnie z (Rozporządzeniem 1999) i (Katalogiem 1997) przyjęto do projektowania nawierzchni temperatury odpowiadające 4 porom roku. Obliczenia wykonano przy założeniu, że modelem konstrukcji nawierzchni jest wielowarstwowa półprzestrzeń sprężysta. Parametry wyjściowe do obliczeń konstrukcji nawierzchni przyjęto ma podstawie analizy wyników badań FWD oraz na podstawie przeprowadzonych studiów literatury dotyczących warstwy kruszonego betonu po rubblizingu, a także po uzyskaniu informacji od firm zajmujących się tą technologią w USA. W tablicy 2 podano projektowaną konstrukcję nawierzchni. Tablica 2. Projektowana konstrukcja nawierzchni DK22 Warstwa Materiał Grubość, mm Warstwa ścieralna Wiążąca Podbudowa asfaltowa, BA Wyrównawcza Podbudowa SMA 0/11 mastyks grysowy wg PN-S-96025:2000 z asfaltem modyfikowanym BA 0/20 beton asfaltowy wg PN-S-96025:2000 z asfaltem zwykłym BA 0/25 - beton asfaltowy wg PN-S-96025:2000 z asfaltem zwykłym 40 60 90 Min.60 220 Kruszony płyty z betonu cementowego w technologii rubblizingu Podłoże Podłoże gruntowe o module E 2 = 50 MPa Razem grubość warstw asfaltowych 250 Razem grubość warstw asfaltowych i podbudowy 470 Wyniki obliczeń trwałości zmęczeniowej dla projektowanej konstrukcji nawierzchni z tablicy 2 Wykazały, że przyjęta konstrukcja nawierzchni przeniesie 8,15 mln osi 115 kn/pas obliczeniowy, co stanowi wartość większą od wymaganej, równej 7,82 mln osi 115 kn/pas w okresie 20 lat eksploatacji drogi krajowej nr 22. 7. Odwodnienie W ramach wybranej metody przebudowy nawierzchni DK 22 z wykorzystaniem metody kruszenia istniejących płyt betonowych (rubblizingu) konieczne jest właściwe odwodnienie podłoża gruntowego. Wymagana instalacja odwodnienia krawędziowego, np. drenu kompozytowego powinna zostać przeprowadzona na minimum 14 dni przed rozpoczęciem procesu rozkruszania. Zagłębienie drenu kompozytowego mierzona od góry rury drenarskiej do powierzchni płyty betonowej Należy dobrać, aby odprowadzić wodę z wasrwty odsączającej (lub mrozoochronnej). Po ułożeniu drenu zasypanie 8
wykopu powinno odbywać się przy użyciu materiału przepuszczalnego np. piasku, który podczas zasypywania jest odpowiednio zagęszczony. Dopuszcza się zasypanie wykopu materiałem z urobku, jeżeli materiał ten jest odpowiednio przepuszczalny. Sposób zagęszczenia powinien być tak prowadzony aby nie spowodował uszkodzenia rury drenarskiej lub całego drenu. Woda z drenażu powinna być wyprowadzana do rowu przydrożnego lub osobnego systemu drenażowego w miejscu dna rowu i powinna być wyprowadzona do odbiornika naturalnego. W zależności od stanu istniejącego odwodnienia powinien zostać opracowywany szczegółowy projekt odwodnienia ze wskazaniem możliwości odprowadzenia wody do odbiorników naturalnych. 8. Wnioski Zaproponowana technologia przebudowy zdegradowanej nawierzchni z betonu cementowego z wykorzystaniem przetworzenia na miejscu betonu cementowego poprzez rozkruszenie (ang. rubblizing) wydaje się być ekonomiczną, przyjazną środowisku i co najważniejsze szybką technologią przebudowy betonowych nawierzchni. Najważniejsze zalety wybranej technologii rubblizingu do przebudowy drogi krajowej nr 22 to: eliminacja spękań odbitych, poprawa równości dzięki nakładce asfaltowej, krótki czas realizacji przebudowy, możliwość realizacji technologii podczas ruchu. Technologia nadaje się do zastosowania na innych istniejących i zdegradowanych drogach z betonu cementowego w Polsce. 9. Bibliografia Asphalt Institute, Asphalt overlays for highway and street rehabilitation, Asphalt Institute, USA, 1983 Judycki J., Cyske W., Dołżycki B., Jaskuła P., "Ocena stanu technicznego i technologia remontu nawierzchni w porcie lotniczym Gdańsk-Trójmiasto", Politechnika Gdańska Katedra Inżynierii Drogowej, Gdańsk, 1999 Transportation Research Board "Rubblization of Portland Cement Concrete Pavements", Transportation Research Board, Washington, 2006 Coley C., Carswell I., "Improved design of overlay treatments to concrete pavements. Final report on the monitoring of trials and schemes", TRL Limited, 2006 Rehabilitation for concrete pavements, www.asphaltalliance.com Woliver J., Evolving practices of airfields pavement repair in NAVFAC, Transportation System 2004. TR Circular EC-087, Rubblization of Portland Cement Concrete Pavements, TRB Washington 2006. Thompson M.R., Hot-mix asphalt overlay design concepts for rubblized Portland cement concrete pavements, TRR 1684, 1999 Thomson M.R., Rubblization using Multi-Head Breaker equipment, TRB 2005 Antigo Construction Inc., White Paper Judycki J., Jaskuła P., Pszczoła M., Analiza wyników badań i projekt technologii przebudowy nawierzchni z betony cementowego drogi krajowej nr 22 na wytypowanych odcinkach: Rytel, Jeziorki, Zblewo i Gnojewo, raport niepublikowany dla GDDKiA o/gdańsk, Politechnika Gdańska, marzec 2008. Mechowski T., Sudyka J., Harasim P., Kowalski A., Pomiary konstrukcji, nośności, przekroju poprzecznego i podłużnego nawierzchni DK 22 o łacznej długości około 30 km, IBDiM Warszawa 2007. Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999 r., w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać drogi publiczne., DZ. U. nr 43, poz. 430. Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych. IBDiM Warszawa 1997. 9