Наша страна имеет крупную сеть автомобильных и железных дорог играющих важную роль в организации грузового потока. Во всем мире сталкиваются с проблемой защиты дорожного полотна от постоянного воздействия внешней среды. Промерзание и вспучивание грунта – одна из самых существенных причин повреждения дорожного покрытия. Повреждения покрытия под действием низких температур могут произойти при одновременном воздействии следующих факторов:

• грунт земляного полотна чувствителен к воздействиям низких температур
• дополнительное поступление воды
• температура ниже значения, при котором возможно промерзание земляного полотна
• воздействие нагрузок на земляное полотно

ПЕНОПЛЭКС^®: Будущее не только российских, но и белорусских дорог!

Защита дорожного полотна от воздействия сил морозного пучения – одна из самых серьезных проблем, с которыми сталкиваются специалисты, работающие в области дорожного строительства. Успешно справляться с ней позволяет ПЕНОПЛЭКС^® – экструзионный вспененный полистирол – качественный теплоизоляционный материал нового поколения.

О механизме морозного пучения

В общих чертах механизм пучения сводится к тому, что неблагоприятные грунты за теплое время года набирают влагу, которая в зимнее время замерзает, превращаясь в лед, и увеличивается в объеме в среднем на 9%. При этом происходит расширение грунта по пути наименьшего сопротивления – в сторону дорожного покрытия. В зависимости от глубины промерзания для конкретных регионов, пучение грунта может составлять от 4 до 16 см. При пучении грунта на покрытии образуются трещины, которые, постепенно увеличиваясь, приводят к разрушению дороги.

В условиях городских магистралей проблема неблагоприятных грунтов усугубляется наличием разветвленной сети инженерных коммуникаций, которая оказывает негативное влияние на водно-тепловые процессы в грунтовых основаниях дорог.

С появлением на отечественном рынке плит ПЕНОПЛЭКС^®, решение задач по снижению деформаций пучения при промерзании дорожной конструкции значительно упростилось. Почему?

Надежность в защите полотна

В составе дорожной конструкции плиты ПЕНОПЛЭКС^® представляют своего рода температурный барьер между слоями дорожного полотна и находящимися внизу грунтами. Применение материала позволяют грунтам всегда находиться в зоне положительных температур, пучинистый грунт не промерзает и, как следствие, не вызывает пучения. Аналогичным образом работает ПЕНОПЛЭКС^® и в условиях вечной мерзлоты. Теплоизоляционные слои из плит ПЕНОПЛЭКС^® позволяют сохранить вечную мерзлоту и исключить просадки земляного полотна.

Как это происходит?

Вследствие своих физико-механических характеристик плиты ПЕНОПЛЭКС^® имеют низкое водопоглощение (не более 0,4% по объему за 32 суток). Такой показатель обеспечивается за счет закрытой ячеистой структуры материала – экструзионного пенополистирола.

Утеплитель ПЕНОПЛЭКС^® отлично удерживает тепло. Коэффициент теплопроводности плит – не более 0,03 Вт/(м·°С) – остается неизменным даже в условиях повышенной влажности. Высокая прочность материала – не менее 50 тонн на квадратный метр позволяет успешно использовать его при строительстве всех видов дорог. ПЕНОПЛЭКС^® не подвержен разрушению, и эффективно работает в составе дорожной конструкции на протяжении многих десятков лет. Это одно из главных его преимуществ по сравнению с обычным пенополистиролом, который при температурно-влажностных воздействиях быстро теряет свои свойства и разрушается.

В чем преимущества ПЕНОПЛЭКС при строительстве дорог?

Пожалуй, самое главное преимущество, – это возможность использования в верхней части земляного полотна местных пучинистых грунтов без их замены. При традиционном способе строительства дороги необходима предварительная выемка пучинистого грунта, и засыпка образовавшегося пространства инертными материалами. Это связано с большими временными и финансовыми затратами. Применение ПЕНОПЛЭКС^® позволяет сократить объемы земляных работ и ускорить сроки строительства.

Конструкция дорожного полотна с использованием ПЕНОПЛЭКС^® – более долговечна, поскольку силы морозного пучения не оказывают разрушающего действия на дорожное полотно. Кроме этого, теплоизоляционные плиты выполняют функцию разделительного слоя и обеспечивают равномерное распределение нагрузки. Соответственно, необходимость капитального ремонта дорог возникает значительно реже.

Экономические расчеты показывают, что во многих случаях строительство дороги с применением плит ПЕНОПЛЭКС^® обходится дешевле, чем строительство традиционным способом.

Результаты исследований заставляют задуматься

В 2003 г. ФГУП «СОЮЗДОРНИИ» было проведено обследование на опытных участках, построенных с применением плит ПЕНОПЛЭКС^®, автодорог МКАД-Кашира и Серпухов-Тула, которое показало целесообразность применения данного материала.

Промерзания земляного полотна под теплоизолирующим слоем не произошло. Отсутствие деформаций в виде сетки трещин позволило судить об обеспечении прочности и несущей способности конструкции.

На основании сопоставления показателей различных материалов был сделан вывод о том, что в конструкции дорожного полотна 1 см материала ПЕНОПЛЭКС^® по теплозащитной функции эквивалентен 30 см песка.

Преимущества ПЕНОПЛЭКС^® оценило ОАО «РЖД»

Первым крупным заказчиком завода ПЕНОПЛЭКС, открытого в 1998 г. в г. Кириши, стало МПС России (ныне ОАО «РЖД»). Оказалось, что теплоизоляционный слой, устроенный из плит ПЕНОПЛЭКС, способен идеально защитить железные дороги от морозного пучения. В течение последних семи лет на российских железных дорогах в качестве морозозащитного слоя при капитальном ремонте и реконструкции основной площадки земляного полотна железнодорожных линий, используются плиты марки ПЕНОПЛЭКС^®. Плиты доказали свою эффективность и применяются на тринадцати железных дорогах РФ, в том числе Октябрьской, Московской, Горьковской, Куйбышевской, Свердловской, Западно-Сибирской, Восточно-Сибирской, Северной, Южно-Уральской, Забайкальской, Сахалинской, Красноярской, Дальневосточной. Общая протяженность участков железных дорог, при реконструкции которых использовался ПЕНОПЛЭКС^®, превысила 1300 км (около 300 тыс. м³ материала).

В 2004г. по результатам анализа состояния пути на Западно-Сибирской ж.д. Сибирским государственным университетом путей сообщения была дана положительная технико-экономическая оценка эффективности укладки плит ПЕНОПЛЭКС^® для ликвидации пучин на железнодорожном транспорте.

ПЕНОПЛЭКС^® на улицах Петербурга

В Санкт-Петербурге, где специалисты при строительстве дорог сталкиваются с серьезными проблемами из-за высокого уровня грунтовых вод, ПЕНОПЛЭКС^® оказался эффективным решением и был успешно использован при строительстве в историческом центре Петербурга пешеходных зон на Малой Садовой ул., Малой Морской ул., 6-7-й линии Васильевского острова, Сенной площади.

В условиях близкого залегания городских коммуникаций уменьшение объема земляных работ, связанных с заменой пучинистого грунта, позволяет существенно сократить срок строительства. Специалисты оценили преимущества теплоизоляции и все шире используют его при проведении ремонта дорожного полотна. Среди объектов, на которых в последнее время применялись плиты ПЕНОПЛЭКС^® – Комендантская площадь, Яхтенная улица, Соляной переулок и др.

Будущее дорог

С 1999 г. в дорожном строительстве – а это и улицы городов, и автомобильные дороги, аэродромы и кустовые площадки – объекты предприятий нефтегазового комплекса – было применено порядка 380 тыс. м³ плит ПЕНОПЛЭКС^®. С каждым годом растет спрос на этот материал. С 1998 г. объемы выпуска продукции на Киришском заводе выросли в несколько раз. В 2005 г. открылось новое производство плит ПЕНОПЛЭКС^® в г. Пермь, а в июне 2006 года в г. Новосибирск откроется третий по счету завод компании.

На Западе, где качество дорог традиционно высокое, применение экструзионных пенополистиролов в дорожном строительстве давно вошло в практику. Приживется ли она в России? С появлением на отечественном рынке плит ПЕНОПЛЭКС становится все больше оснований для утвердительного ответа.

Применение / Теплоизоляция дорог / Автомобильные дороги

Теплоизоляционные плиты ПЕНОПЛЭКС^® могут применяться:

• для устройства теплоизоляционных слоев с целью снижения деформаций пучения при промерзании конструкции, в которой в пределах глубины промерзания имеются пучинистые грунты
• как альтернатива устройству повышенных насыпей или устройству теплоизоляции торфа в зоне вечной мерзлоты, обеспечивающих сохранение вечномерзлого грунта в основании (теле) насыпи

Для применения в дорожном строительстве плиты ПЕНОПЛЭКС^® выпускаются длиной 2400 мм с выборкой четверти по периметру.

При использовании плит ПЕНОПЛЭКС^® в неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях для снижения морозного пучения: эффект от их применений 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 СНиП по минимальному возвышению насыпи над уровнем подземных или поверхностных вод, а так же над уровнем земли
• понижения расчетной влажности грунта земляного полотна и соответствующего повышения расчетных значений прочностных характеристик грунта за счет снижения влагонакопления при процессе морозного пучения
• снижения требуемой толщины дренирующего слоя за счет исключения поступления воды
• снижения эксплуатационных затрат на содержание дороги

Министерством транспорта Российской Федерации одобрены и рекомендованы к применению с 1 января 2001 года (Распоряжение № 00-35 от 20.12.2000 г.) Методические рекомендации по проектированию и устройству теплоизоляционных слоев дорожной одежды из пенополистирольных плит ПЕНОПЛЭКС^®, разработанные Государственным научно-исследовательским институтом ФГУП СОЮЗДОРНИИ. В этих Методических рекомендациях для определения необходимой толщины теплоизоляционных слоев предлагаются две методики: методика расчета по термическому сопротивлению дорожной конструкции и методика, основанная на использовании коэффициента влагопроводности грунтов. Эти методики вошли в ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд», изданные взамен ВСН 46-83.

Эффект от применения утеплителя ПЕНОПЛЭКС^® в районах распространения вечномерзлых грунтов может быть получен за счет:

• уменьшения объемов привозных грунтов при сооружении земляного полотна
• обеспечения возможности использования в земляном полотне грунтов с любой степенью увлажнения в виде мерзлокомковатого материала
• уменьшения рабочих отметок насыпей, сооружаемых в зоне вечной мерзлоты с соответствующим уменьшением объемов земляных работ и сокращением сроков строительства
• повышения надежности и долговечности дорожной конструкции
• снижения экологического ущерба при строительстве дорог в северных районах

Для определения необходимой толщины теплоизоляционных слоев в условиях вечной мерзлоты Государственным дорожным научно-исследовательским институтом ФГУП СОЮЗДОРНИИ разработаны Рекомендации по расчетам и технологии устройства теплоизоляционных слоев дорожных конструкций из пенополистирольных плит ПЕНОПЛЭКС^® в районах распространения вечномерзлых грунтов.

ФГУП СОЮЗДОРНИИ разработана Технологическая карта по устройству теплоизоляционного слоя дорожной одежды из плит ПЕНОПЛЭКС^®.

Технологический процесс включает в себя следующие работы:

• планировка и уплотнение земляного полотна в соответствии с действующими нормативами
• отсыпка и уплотнение выравнивающего слоя из песка толщиной 5-10 см
• укладка плит ПЕНОПЛЭКС^® вручную в соответствии со схемами раскладки
• закрепление крайних рядов плит металлическими штырями диаметром 6-8 и длиной 400 мм
• отсыпка первого над плитами слоя по способу «от себя»
• распределение песка бульдозером или грейдером
• уплотнение вибрационными уплотняющими средствами

После уплотнения слоя по нему допускается движение построечного транспорта.

Благодаря легкости и технологичности материала бригада из трех человек в состоянии за смену уложить более 2500 м² плит ПЕНОПЛЭКС^® в один слой или более 1300 м² в два слоя.

При строительстве и реконструкции автомобильных дорог общей сети с 1999 года пенополистирольные плиты ПЕНОПЛЭКС^® были использованы для обеспечения морозоустойчивости дорожной конструкции автомобильных дорог:

М-2 «Крым» на участке Серпухов-Тула. Работы проводились в 2000 году 000 «УС-1 Интердорстрой» и СУ-920 Тульского филиала Ханты-Мансийскдорстроя.

Плотный асфальтобетон типа «А» I марки – 6 см Плотный асфальтобетон типа «Б» I марки – 6 см Пористый асфальтобетон II марки – 11 см Щебенисто-песчаная смесь, укрепленная цементом – 24 см Щебень, уложенный по способу заклинки – 15 см Песок – 35 см ПЕНОПЛЭКС® – 4,5-8 см

Соединительная автодорога между автодорогами Москва-Киев и Калуга-Тула (Калужская область). Строительство участка выполнено в 2001 году строительны-ми подразделениями 000 «Трансстрой».

Поверхностная обработка черным щебнем Плотный асфальтобетон типа «Б» I марки – 5 см Пористый асфальтобетон I марки – 7 см Пористый мелкозернистый асфальтобетон – 8 cм Фракционный щебень – 35 см Песок мелкий – 40 см ПЕНОПЛЭКС® – 4 см Песок мелкий – 20 см

М-4 «Дон» в районе города Кашира Московской области. Строительство опытного участка с применением плит ПЕНОПЛЭКС^® в 2000 году осуществило СУ-805 ОАО «Центродорстрой».

Плотный асфальтобетон типа «А» I марки – 6 см Плотный асфальтобетон типа «Б» I марки – 6 см Пористый асфальтобетон I марки – 10 см Щебенисто-песчаная смесь, укрепленная цементом –- 25 см Втапливание щебня М-400 – 10 cм Песок – 22 см ПЕНОПЛЭКС® 45 – 8 см Песок (выравнивающий слой) – 10 см

«Амур» (Чита - Хабаровск) в Амурской области. Устройство теплоизоляционного слоя на участке работ ОАО «ПМК-113».

На вечномерзлых грунтах с использованием плит ПЕНОПЛЭКС^® в 2001 году строительными подразделениями ОАО СНП «Нова» построен опытный участок автомобильной дороги Коротчаево-Пуровск.

Асфальтобетон мелкозернистый плотный – 8 см Асфальтобетон крупнозернистый плотный – 12 см Железобетонные ппиты ПДН 6,0×2,0×0,14 м – 14 см Цементопесчаная смесь – 5 см Щебень – 15 см Песок – 22 см ПЕНОПЛЭКС® 45 – 12 см Песок – 5 см

Применение / Теплоизоляция дорог / Железные дороги

Плиты ПЕНОПЛЭКС^® марки 45 на протяжении последних лет широко используются МПС РФ в качестве морозозащитного слоя при реконструкции балластной призмы железнодорожных линий.

Материал был доработан в соответствии с техническими требованиями МПС РФ, в настоящее время плиты поставляются с обработкой кромок специальной формы. Применение плит ПЕНОПЛЭКС^® разрешено МПС РФ на основании цикла испытаний лаборатории пути МИИТа и регламентировано нормативными документами Департамента пути и сооружений МПС РФ;

• Технические указания на применение пенополистирола и геотекстиля при усилении основной площадки земляного полотна без снятия рельсошпальной решетки
• Стандартные проектные решения и технологии усиления земляного полотна при подготовке полигонов сети для введения скоростного движения пассажирских поездов. Выпуск 1, 2.

Утеплитель ПЕНОПЛЭКС^® доказал свою эффективность и применяется на десяти железных дорогах России: Восточно-Сибирской, Свердловской, Горьковской, Западно-Сибирской, Северной, Октябрьской, Дальневосточной, Куйбышевской, Красноярской, Московской. Кроме того, при устройстве железнодорожного полотна на пролетные строения лоткового типа с целью защиты гидро- и шумоизоляции от механических повреждений в процессе эксплуатации разработана и успешно применяется конструкция с использованием утеплителя ПЕНОПЛЭКС^®, примененная в 2002 году при строительстве Ладожского вокзала в Санкт-Петербурге и мостового перехода около поселка Веребье (Октябрьская железная дорога).

Основная эксплуатационная проблема железных дорог, проложенных в районах с суровыми зимами, это деформация земляного полотна от сил морозного пучения. В холодное время года в теле насыпи насыщенном водой при промерзании образуются ледяные линзы, которые неравномерно приподнимают балластную призму и путевую решетку, вызывая первые деформации железнодорожного полотна.

С наступлением теплого времени года ледяные линзы внутри грунта оттаивают, превращаясь вновь в воду, и эта влага сильно влияет на прочностные характеристики грунтов. Происходит разжижение и осадка несущих слоев насыпи. На протяжении нескольких сезонов холодного и теплого периодов на структуру железнодорожного полотна оказывается многократное воздействие неравномерного подъема-опускания и вырабатывается так называемый «ходячий зазор», что влечет за собой частичную деформацию рельсошпальной решетки и как следствие ухудшается характеристика надежности безопасности движения.

Учитывая тот факт, что для наибольшей эффективности эксплуатации дорог в нашей стране оптимальная скорость движения составов может достигать 120-140 км/час, требования к обеспечению устойчивой и безопасной работы полотна существенно возрастают. В условиях же промерзающих грунтов безопасность движения без постоянной планово-предупредительной выправки и ремонта пути может достигаться только значительным снижением скорости прохождения подвижного состава.

Учитывая данные обстоятельства МПС России активно разрабатывало различные методы борьбы с этой проблемой и в последние годы активно исследовало наиболее эффективные современные способы предохранения железнодорожного полотна от морозного пучения. Были изучены результаты технологических решений применяемые ранее в РФ, а так же современный опыт наших соседей – Норвегии, Швеции, Австрии, Германии.

В технологии поддержания постоянного безопасного качества железнодорожного полотна существуют различные способы.

• Это может быть полная замена грунта на проблемных участках пучинистых грунтов. Для этого требуется его разработка, вывозка и замена на качественные крупно и среднезернистые пески. При производстве работ необходимо дополнительное укрепление откосов щитами для ликвидации осыпей. Кроме этого необходимо вводить во временную эксплуатацию второй путь на период реконструкции, или использовать большое количество транспортных средств для вывоза старого грунта. Что уже само по себе значительно увеличивает затраты на реконструкцию земляного полотна.
• Это может быть создание морозозащитного слоя из теплоизоляционных материалов. В качестве теплозащитного слоя ранее использовался пенополистирол и асбестовый щебень, но опыт показал недостаточную прочность и долговечность этих материалов.

В настоящее время одним из вариантов усиления основной площадки земляного полотна (по схеме эффективность равна затраты плюс технологичность плюс долговечность) был выбран метод устройства защитного слоя из экструзионного пенополистирола. Этот метод реконструкции железнодорожных путей в испытаниях МПС занял особое место по основным показателям и был признан как наиболее эффективный в неблагоприятных условиях: при затрудненном поверхностном водоотводе и в зонах повышенных силовых воздействий. При производстве работ применяются специальные путевые ремонтные машины типа РМ-80 или «Самсон», которые позволяют:

• работать на путях с использованием 6-8 часовых окон в движении поездов
• выемку, очистку и укладку гравия производить практически одновременно и без остановок
• укладку изолирующих плит производить параллельно с заменой щебеночного балласта

что несомненно говорит о высокой производительности данного метода. Положительный опыт проведения работ по этой технологии с применением самых современных иностранных материалов был изучен МПС в течение 3 лет при реконструкции Октябрьской железной дороги, что позволило рекомендовать его и для применения остальным ж.д.

Кроме этого ПЕНОПЛЭКС^® по основным параметрам превосходит все другие виды утеплителей. Способность плит ПЕНОПЛЭКС^® препятствовать повреждению земляного полотна обусловлена такими их качествами, как отсутствие водопоглощения и соответственно большая морозоустойчивость, высокая прочность на сжатие и изгиб, устойчивость к динамическим воздействиям, стойкость к гниению.

Повреждение полотна железной дороги возникает из-за проникновения и замерзания воды в холодовосприимчивых слоях несущих грунтов. Будучи уложенными на глубине не менее 0,4 метра, теплоизоляционные плиты в дождливый осенний период предотвращают накопление воды в несущих слоях насыпи, а в зимний период уменьшают глубину промерзания грунта. Толщина теплоизоляционного слоя зависит от климатических условий, глубины расположения уровня грунтовых вод, состояния водоотводных сооружений и определяется теплотехническим расчетом из условия полного выведения пучинистых грунтов из зоны промерзания. Применение плит ПЕНОПЛЭКС^® качественно меняет процесс промерзания земляного полотна. На дорогах без теплоизоляционных слоев грунты под насыпью промерзают на большую глубину по сравнению с обочинами. Это вызывает в зимний период миграцию влаги в грунтах от обочин к земляному полотну с водонакоплением в теле насыпи, что увеличивает морозное пучение. На участках с теплоизоляционными слоями глубина промерзания под обочинами больше, чем под полотном, что вызывает миграцию влаги в сторону обочин с осушением грунта насыпи. Вследствие этого уменьшается глубина промерзания, а тем самым и его пучение, происходит незначительная усадка грунта, его доуплотнение и не происходит разжижения грунтов в период весеннего оттаивания.

МПС России после сертификационных испытаний рекомендовать изолирующий материал ПЕНОПЛЭКС^® 45 в качестве основного при усилении и капитальном ремонте железных дорог страны. При производстве работ применяется специальная ремонтно-строительная техника, которая позволяет делать реконструкцию пути без съема рельсошпальной решетки. После выемки щебня изоляционные плиты укладываются на определенную глубину, в определенном порядке и конфигурации на разных зонах перехода. После укладки плиты засыпаются чистым щебнем. Таким образом, применение специализированной техники при реконструкции полотна позволяет максимально использовать рабочий график движения поездов, работая в окнах движения.

вывод: высокоэффективный изолирующий материал – экструзионный пенополистирол марки ПЕНОПЛЭКС^® 45 позволяет добиться хороших показателей защиты земляного полотна от климатологических воздействий, тем самым, увеличивая эксплуатационную безопасность и долговечность железных дорог страны.