Изоляция автомобильных дорог

Используя в качестве изоляции STYROFOAM GEO 350A и 500A, можно упростить защиту от промерзания или от доступа тепла как при строительстве новых, так и при реконструкции существующих дорог. Подобные технологии становятся особо значимыми при строительстве на вечномерзлых грунтах.

Рис. 2. Изоляция основания котлована

Более 40 лет в мире и 20 лет в России с успехом применяют STYROFOAM для предотвращения вспучивания оснований автомобильных дорог. Одним из старейших объектов в Швеции является Эдсвалла (1966 год). В России плиты из ЭППС STYROFOAM впервые применены в 1983 году на участке дороги Омск–Новосибирск (1 304 км) под наблюдением СОЮЗДОРНИИ. Мониторинг состояния данного участка автодороги в течение 20 лет позволил установить сохранение (или даже улучшение) всех параметров материала (табл. 2). В 1984 году STYROFOAM применен на автодороге Медвежье–Ямбургское (103 км), где благодаря конструктивному решению высота насыпи была снижена в два раза.

Таблица 2
Изменение физико-механических свойств STYROFOAM в течение 20 лет

Изоляционный материал для дорог должен обладать достаточной изолирующей способностью против проникновения холода (или тепла) в течение всего срока службы конструкции (не менее 40 лет). Материал должен обладать достаточной прочностью и жесткостью при долго- и кратковременных нагрузках. Прочность на сжатие при 5%-ной деформации – должна быть не менее 0,25 МПа. Материал должен характеризоваться исключительно низкой абсорбцией воды при диффузии; высокой степенью сопротивления воздействию промерзания (оттаивания) во влажной среде. Важными требованиями к материалу являются способность сопротивления воздействиям окружающей среды, а также простота и безопасность строительной технологии.

Рис. 3. Изоляция грунта

Применение STYROFOAM означает множество преимуществ как для дорожной службы, так и для пользователей дорог. Улучшенная защита от воздействия мерзлоты значительно снижает расходы на содержание. Дорога без повреждений от мерзлоты имеет более высокий уровень безопасности. Более ровная дорога означает повышенный комфорт движения и наряду с этим снижает расход горючего, следствием чего является снижение вредного воздействия на окружающую среду.

Изолирующие слои из ЭППС STYROFOAM в дорожной конструкции применяют на автодорогах в черте населенных пунктов, на автомобильных дорогах общего пользования и подъездных дорогах к промышленным предприятиям.

Рис. 4. Изоляция основания железнодорожного полотна

Применение STYROFOAM является альтернативой устройству традиционных морозозащитных слоев для снижения деформаций пучения при промерзании конструкции, в которой в пределах глубины промерзания имеются пучинистые грунты.

В зоне вечной мерзлоты – альтернативой устройству высоких насыпей или устройству термоизоляции из торфа, обеспечивающих реализацию первого принципа проектирования – сохранения вечномерзлого грунта в основании (или теле) насыпи с исключением просадок земляного полотна при его оттаивании.

Первое направление использования термоизолирующей прослойки может быть реализовано на дорогах общей сети и ведомственных дорогах в любой дорожно-климатической зоне при наличии сезонного промерзания-оттаивания грунтов с повышенной пучинистостью.

Второе направление может быть реализовано на дорогах общей сети и ведомственных дорогах только в зоне вечной мерзлоты. Специальные проектные решения рассчитаны на особые условия строительства и эксплуатации дороги: временные дороги, промышленные дороги, подъезды к аэропортам, к морским и речным причалам и т. п.

Эффект от применения теплоизолирующего слоя, используемого для снижения морозного пучения, может быть получен за счет:
– уменьшения объема качественных материалов, используемых в дорожной одежде для обеспечения ее морозоустойчивости;
– возможности использования в верхней части земляного полотна местных пучинистых грунтов (без их замены);
– повышения долговечности конструкции вследствие исключения периодически возникающих деформаций морозного пучения;
– возможности понижения рабочих отметок насыпей на участках, где при традиционных конструкциях действуют ограничения СНиПа по минимальному возвышению насыпи над уровнем подземных или поверхностных вод, а также над уровнем земли, снижения расчетной влажности грунта земляного полотна и соответствующего повышения расчетных значений прочностных характеристик грунта за счет понижения влагонакопления при процессе морозного пучения;
– снижения требуемой толщины дренирующего слоя за счет исключения поступления воды снизу при оттаивании земляного полотна.

Эффект от применения теплоизолирующего слоя для предотвращения оттаивания грунта, используемого в конструкции в мерзлом состоянии в зоне вечной мерзлоты, получают за счет:
– уменьшения объемов привозных грунтов при сооружении земляного полотна по первому принципу (сохранение мерзлого грунта в основании насыпи);
– обеспечения возможности использования в земляном полотне грунтов с любой степенью увлажнения в виде мерзлого и комковатого материала;
– обеспечения возможности уменьшения рабочих отметок насыпей, сооружаемых по первому принципу в зоне вечной мерзлоты с соответствующим уменьшением объемов земляных работ;
– исключения необходимости замены грунта в основании дорожной одежды в выемке;
– повышения надежности и долговечности дорожной конструкции, запроектированной по первому принципу (сохранение мерзлого грунта в основании насыпи);
– сокращения затрат на уплотнение грунтов при сооружении насыпей;
– снижения экологического ущерба при строительстве дорог в северных районах.

Реальный экономический эффект при применении теплоизоляционного слоя из плит STYROFOAM выражается в удешевлении конструкции от 8 до 45 %. Наибольший эффект достигается в дорожных одеждах на пучинистых грунтах и в условиях вечной мерзлоты. Конструктивные решения с использованием термоизолирующих прослоек должны быть обоснованы соответствующими теплотехническими расчетами.

Преимущества применения STYROFOAM

Применение ЭППС STYROFOAM при строительстве автодороги дает следующие преимущества по сравнению с традиционной дорожной одеждой.

Сокращается срок строительства. Увеличивается период строительства между окончанием и началом работ, т. е. верхняя часть земляного полотна над утеплителем быстрее оттаивает после зимы, что позволяет раньше обычного укладывать дорожное покрытие, а при правильной организации производства работ, строительные работы выполняются круглый год. Уменьшается глубина выемки и обратной засыпки непучинистым грунтом, в связи с этим снижается или полностью исключается объем вынимаемого грунта для транспортировки в отведенные карьеры и уменьшается объем непучинистого грунта по доставке и временному складированию.

Исключаются дополнительные работы на выемках, т. е. не требуется устраивать дополнительные мероприятия, устройство откосов, полок, обочин, закюветных полок или кюветтраншеи, а также дренажей. Уменьшается высота насыпи до уровня снегозаносимости, что в свою очередь приводит к сокращению объема временных складов, для непучинистого грунта и не требуется укрепление откосов. Со снижением высоты насыпи уменьшается объем снега, что в свою очередь приведет к снижению диаметра водопропускных труб, а в итоге к снижению стоимости СМР.

Рис. 5. Укладка плит STYROFOAM: 1 – разрез ж/д полотна; 2 – укладка плит со скошенными кромками; 3 – укладка плит с прямыми кромками

Используются грунты повышенной влажности, что также позволяет работать в дождливое лето. Уменьшается нагрузка на основание автодороги, что дает возможность не делать замену слабых и просадочных грунтов. Уменьшаются или полностью исключаются ограждающие конструкции.

Сокращаются затраты на пересечениях автомобильных и железных дорог как в одном уровне, так и в разных уровнях, а при пересечении существующих воздушных ЛЭП непотребуется производить замену опор ЛЭП на более высокие опоры. Уменьшается количество машиночасов при выполнении выемки и отвозки в карьер пучинистого грунта, а также доставке из карьера непучинистого грунта и на уплотнении уложенного грунта.

Уменьшается ширина землеотвода как временного, так и постоянного. Уменьшаются затраты на СМР, охрану окружающей среды, на рекультивацию, землеотвод.

При эксплуатации автодороги со STYROFOAM увеличивается срок службы дорожной одежды между капитальными ремонтами, повышаются долговечность и ровность покрытия, увеличивается модуль упругости дорожной одежды, а также исключается образование колеи. Происходит доуплотнение рабочего слоя дорожной одежды, и не требуется каждую весну, а иногда и осень, закрывать дороги для транспорта весом более 10 т. Улучшается экологическая обстановка на автодорогах, так как не происходит разрушение дорожного покрытия, что не приводит к снижению скорости движения автотранспорта, а также к образованию пыли и т. д.

Изоляция железных дорог

Железные дороги изолируются с целью предотвращения изменений в положении рельсов под воздействием мороза. Применение STYROFOAM GEO 500A и 700A дает возможность усилить земляное полотно железнодорожных линий и защитить их от морозного пучения для увеличения скоростного движения поездов до 200 км/ч. Изоляционные плиты STYROFOAM постоянно используются в качестве защиты железных дорог от воздействия морозов, начиная с 1975 года.

STYROFOAM – это плиты различной толщины и поэтому применение такого средства защиты рельсов от действия морозов согласовывается с учетом климата и глубины промерзания. Для более толстой защиты от морозов, чем 100 мм, применяются два слоя изолирующих плит STYROFOAM с вертикальными кромками. Если же толщина слоя защиты от морозов меньше или равна 100 мм, то изоляция STYROFOAM может укладываться в один слой. В этом случае плиты должны иметь фальц до половины толщины плиты с глубиной фальца 60 мм по длинным сторонам плит для того, чтобы избежать образования мостиков холода.

Изолирующий слой укладывается высоко по основанию полотна с толщиной балласта не менее 300 мм между плитами и нижней кромкой шпалы. В зависимости от риска образования мерзлоты под плитами STYROFOAM укладывается постель из гравия спеременной толщиной.

Рис. 6. Конструкции с наполнителем облегченного типа: 1 – автомобильная дорога; 2 – железная дорога

Клинообразные плиты из ЭППС STYROFOAM применяются для сооружения поворотов с радиусом закругления до 1 500 м. Они могут быть получены только по заказу. Плиты с длиной от 4 до 5 м имеют клинообразную форму от 600 мм до 400 мм по ширине. В зависимости от радиуса кривизны поворота клинообразные плиты укладывают с различными зазорами. Изготавливаются плиты для образования поворотов при укладке в один и два слоя. Для одинарного слоя имеются фальцованные плиты для укладки лево- или правосторонних поворотов. При укладке в два слоя со смещенным стыком применяют плиты с вертикально срезанными кромками, которые подходят как для лево-, так и для правосторонних поворотов.

Наполнитель облегченного типа для автомобильных и железных дорог

Строительство с применением наполнителя облегченного типа из экструдированного пенополистирола STYROFOAM GEO 350A, 500A – метод, при котором стало возможным создание сверхлегких конструкций, а также уменьшение давления на почву благодаря использованию STYROFOAM для создания насыпей на слабых почвах.

Для обеспечения более стабильных условий грунта, например, на строительных площадках или на дорожных насыпях, некоторая часть подстилающего грунта может быть заменена наполнителем облегченного типа из STYROFOAM. Это позволяет сооружать конструкции на грунтах с низкой несущей способностью, а применение изоляционных плит в данном случае позволяет повышать несущую способность дорожных насыпей.

Рис. 7. Изоляция ж/д основания (облегченный тип)

STYROFOAM можно использовать для ограничения, устранения или выравнивания оседания почвы и для замены масс на подъездной насыпи к мосту. Тем самым снижается нагрузка на мост и уменьшается смещение береговых устоев моста. Конструкции с наполнителем облегченного типа могут также применяться для снижения структурных нагрузок, например, в подземных гаражах, линиях метро, трубопроводах и т. д.

Этот метод экономически целесообразен, поскольку альтернативой в большинстве случаев могло бы стать армирование с использованием стали и бетона. Если сравнивать вес наполнителя облегченного типа из ЭПС STYROFOAM с другими облегченными материалами, мы получим величину от 1/10 до 1/40 веса использовавшихся ранее материалов.

Изоляция аэродромных покрытий

В районах, где лежащие в основании грунты подвержены вспучиванию и разрушению при сезонном воздействии морозов, имеется риск повреждения взлетно-посадочных полос (ВПП) в аэропортах.

Изоляционный материал STYROFOAM GEO 500A и 700A часто выбирают для устранения эффектов разрушения, оказываемых морозом на слои под взлетно-посадочными полосами в аэропортах, рулежными дорожками, перронами аэровокзалов или бетонированными площадками перед ангарами. Вне зависимости от того, являются ли различные перемещения покрытия результатом вспучивания при замерзании или возможного ослабления его прочности при весенней оттепели (или даже в результате таяния вечной мерзлоты), теплоизоляция в течение многих лет используется под покрытием во множестве аэропортов.

На стоянке колеса шасси самолета оказывают значительное давление на поверхность. Это предъявляет особенные требования к покрытию и изоляции. Они должны выдерживать высокие нагрузки от давления колес в сочетании с динамической нагрузкой при посадке. Механический износ является экстремальным при посадке и торможении, а также при поворотах, когда колеса поворачивают по большому радиусу. Покрытие и изоляция должны также выдерживать долговременную статическую нагрузку в момент посадки и выхода пассажиров. Толщина слоя изоляции STYROFOAM определяется климатической зоной и требованиями к ровности.

Рис. 8. Аэродромное покрытие: 1 – изолирующая постель из щебенки; 2 – изолирующие плиты STYROFOAM; 3 – бетон; 4 – защитный слой; 5 – несущий слой из связанной массы щебенки или стабилизированного цементом материала; 6 – асфальтобетон

Изоляцию грунтов рассчитывают с большей точностью, чем для обычных дорог, поскольку к ровности поверхности и долговечности покрытия предъявляются крайне жесткие требования. Проектированием подобных конструкций занимаются специализированные организации, имеющие опыт работы с подобными объектами.

Применение изоляции STYROFOAM позволяет увеличить ровность и долговечность покрытия ВПП, значительно сократить время и объем земляных работ, свести работу по содержанию взлетно-посадочных полос к минимуму.

Рис. 9. Изоляция ангара

В обычных случаях изоляционные плиты STYROFOAM соответствуют тем требованиям по износостойкости при давлении, которые предъявляются к аэродромам. STYROFOAM используется на аэродромах с сезонным промерзанием грунтов, с наличием пучинистых почв и в районах даже с самым суровым климатом.

Толщина усиливающего слоя определяется теми нагрузками, которые воздействуют на поверхность, а также тем распределением нагрузки, которое происходит в усиливающем слое. Наружное покрытие выполняется из асфальтобетона или цементобетона. В конструкции используют усиливающий защитный слой с несущим слоем гравия в верхней части и материал с противокапиллярным действием в нижней части.

Взлетные полосы всегда изолируются по всей их длине и оборудуются переходами между изолированными и неизолированными участками в продольном направлении. Длина перехода между изолированным и неизолированным участками всегда определяется в индивидуальном порядке, но она должна быть не менее 24 м. По ширине полосы выполняют загибание кромок изоляции и создание указанных переходов в необходимом объеме.

Изоляция тоннелей

В тоннелях вода часто просачивается из горных пород как в своде, так и в донной части. Чем ближе тоннельный вход к воде, тем выше риск, что она замерзнет с образованием наслоений из льда. В связи с давлением воды количество воды и льда может быть значительным и стать причиной проблем с безопасностью.

Рис. 10. Укладка арматурного каркаса по изоляции (промышленный пол)

Защита тоннелей от действия мороза означает, что свод тоннеля имеет защиту от действия воды и мороза; что полотно для движения транспорта защищено от действия мерзлоты; что дренаж защищен от действия мороза.

Рис. 11. Изоляция тоннеля

Защита тоннелей от действия мороза предъявляет высокие требования к изолирующим материалам. Низкая абсорбция воды при диффузии, стойкость к промерзанию и оттаиванию и высокая прочность на сжатие – это те свойства, которые должны сохраняться в течение всего расчетного срока службы тоннеля. Изделия STYROFOAM соответствуют всем вышеперечисленным требованиям.
Под действием различных факторов, таких как, например, ветер, «эффект дымовой трубы», оползни, всасывающий эффект от движения транспорта и механическая вентиляция, мороз всегда проникает в тоннель. Актуальным методом защиты от мороза являются готовые бетонные блоки с нанесенной на них изоляцией STYROFOAM GEO 350A, 500A, 700A.

Рис. 12. Покрытие тоннеля: 1 – грунт; 2 – песок; 3 – изолирующие плиты STYROFOAM; 4 – щебень; 5 – асфальтобетон; 6 – бетон; 7 – гидроизоляция

Для укладки дорожного полотна дно тоннеля очищается до такого уровня, который необходим для размещения верхней части земляного полотна. Те тоннельные массы грунта, которые остаются под этой верхней частью, часто представляют некоторую опасность для образования мерзлоты, что может быть причиной выхода мерзлоты и низкой несущей способности в сочетании с поступлением воды. Таким образом, массы подстилающего грунта должны иметь защиту от мерзлоты при неблагоприятных условиях поступления воды. Эффективным решением в данном случае является применение STYROFOAM, который позволяет значительно сократить сроки и стоимость выполнения укладки, а также увеличить срок межремонтных работ. Места протечки в донной части должны иметь сток с защитой от промерзания от места вытекания до дренажной канавки. Обычно это достигается за счет изоляции с помощью плит STYROFOAM.