Резонансное виброразрушение - эффективная технология реконструкции цементобетонных покрытий ВПП аэродромов

Резонансное виброразрушение - эффективная  технология реконструкции  цементобетонных  покрытий ВПП аэродромов  
 
Возможность применения технологии резонансного виброразрушения аэродромных покрытий впервые была рассмотрена специалистами Проектно-изыскательского и научно-исследовательского института «Ленаэропроект» при разработке «Обоснований инвестиций (ОИ) в реконструкцию покрытий взлетно-посадочной полосы с заменой светосигнального оборудования в международном аэропорту «Воронеж», выпущенных и одобренных Главгосэкспертизой России в 2006 году.  
Работа проводилась с целью улучшения основных технических характеристик летной полосы аэродрома «Воронеж» для обеспечения безопасности выполнения взлетно-посадочных операций.  
 
Результаты обследования ИВПП показали, что степень дефектности существующих цементобетонных аэродромных покрытий, эксплуатируемых более 37 лет без капитального ремонта, делает неэффективным их восстановление методом выборочного ремонта, поэтому признано целесообразным устройство нового слоя покрытия поверх существующей конструкции.  
 
При выборе конструкции усиления аэродромных покрытий в материалах ОИ рассмотрены 2 варианта и проведено сравнение эффективности предлагаемых решений.  
 
Устройство покрытий по варианту 1 – новый слой из монолитного армобетона толщиной 0,22 м, укладываемый на выравнивающий слой из щебня фракции 10-20 мм, укрепленный пескоцементом поверх существующего покрытия  
 
Устройство покрытий по варианту 2 - двухслойный новый асфальтобетон плотный из горячей щебеночной смеси марки I толщиной - 0,08 м и 0,06 м укладывается на выравнивающий слой из щебня фракции 10 - 20 мм, укрепленный пескоцементом способом смешения, поверх существующего цементобетонного покрытия, предварительно разрушенного методом виброрезонансного воздействия с применением специальных вибромолотов RB-500 компании Resonant Machines, Inc (США); при этом конструкция аэродромной одежды будет относиться к нежесткому типу в отличие от варианта 1. Наиболее эффективным признан вариант 2.  
 
Технология виброрезонансного разрушения широко применяется в США и прошла апробацию в Республике Беларусь и на федеральных дорогах РФ. Для деструктуризации применяют бетонолом RB-500 американской компании RMI–Resonant Mashines, Inc. Машина обеспечивает нанесение низкоамплитудных (максимум 25 мм) ударов с силой не менее 8,9кН по поверхности существующего цементобетонного покрытия при частоте не ниже 44Гц.  
 
Бетонолом (Фото 1) - устройство, работающее по принципу передачи резонансной (вибрационной) силы, приложенной к балке из прокованной стали к цементобетонной плите через рабочий орган. Параметры рабочего органа управляются микропроцессором. Он проводит измерение скорости колебаний и амплитуды во время каждого ударного цикла и, при их изменении, обеспечивает регулировку этих параметров для однородности разрушения (Рис. 2).  
 
 

Технология виброрезонансного  разрушения существующего цементобетонного покрытия аэродрома позволяет эффективно раздробить покрытие с приданием  ему конфигурации «мозаичной картинки», не нарушая прочностных характеристик  нижних слоев основания. При этом получается слой дробленного материала  с более высокими характеристиками, чем слой щебня подобранного состава, устраиваемый по стандартной технологии, кроме того, получается более надежное основание для нового покрытия ВПП, обладающее хорошими дренажными свойствами.  
 
Указанная технология позволяет избежать дублирования дефектов с нижнего слоя в верхний, найти и устранить дефектные участки основания, способствует осушению основания.  
Кроме того, особенностью метода является неравномерность размеров фрагментов дробленого бетона по толщине слоя. Размеры дробленых частиц в верхней части составляют 0-70 мм, в нижней – 100-150 мм, не превышая 210 мм. (Рис. 3). Трещины располагаются под углом 40-50° к поверхности, сцепленные между собой фрагменты обеспечивают хорошее pacпpeдeлeние нагрузки по основанию, выбоины отсутствуют и дренирующие свойства обеспечиваются.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Поскольку при  виброразрушении используются высокочастотные  колебания низкой амплитуды, эта  технология позволяет избежать появления  в новом асфальтобетонном слое отраженных трещин, улучшает сцепление, предотвращает  скопление влаги в пустотах, устраняет  выбоины и неровности на поверхности  покрытия.  
Практика применения на объектах подтвердила преимущества технологии виброразрушения покрытий, в частности:  
• в 1,5 - 3 раза увеличивается эффективность распределения нагрузок по сравнению с использованием щебеночного слоя (даже с минимальной пустотностью);  
• сохраняется монолитность нижележащих слоев основания;  
• возможно выполнение укатки слоя разрушенного покрытия высокочастотным низкоамплитудным виброкатком с гладким стальным барабаном;  
• реконструкция с виброразрушением требует в несколько раз меньше времени, чем обычный ремонт, и дешевле на 25 - 30%;  
• снижается толщина нового слоя асфальтобетона;  
• обеспечивается эффективный дренаж покрытия и краевой дренаж.  
• Улучшаются условия работы аэродромной или дорожной одежды за счет создания нового конструктивного слоя основания 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

По данным американских специалистов модуль упругости на поверхности  деструктурированного слоя цементобетона  в зависимости от состояния земляного  полотна и основания может  достигать 250 – 800 МПа. Коструктив с  такими характеристиками является прекрасным основанием под нежесткое покрытие.  
По расчетам генпроектировщика, после реконструкции покрытий несущая способность ИВПП будет соответствовать классификационному числу PCN 44/F/D/Y/T что обеспечит возможность эксплуатации расчетных типов воздушных судов (ВС) без ограничений.  
При эксплуатации реконструированных сооружений на территории летного поля основными источниками выбросов вредных веществ являются ВС и спецавтотранспорт, осуществляющий обслуживание взлетной полосы и светосигнального оборудования.  
Основными источниками выделения загрязняющих веществ в атмосферу при строительстве являются строительная техника и автотранспортные средства, находящиеся на участках производства строительных работ. 
  
При технологии виброразрушения и последующей эксплуатации ИВПП объемы выбросов загрязняющих веществ значительно уменьшаются в связи с отсутствием необходимости перемещать большие массы материалов разрушаемых слоев и уменьшения объемов ремонтно-эксплуатационных работ по ликвидации дефектов покрытия.  
Расчет рассеивания вредных веществ в атмосфере на период строительства и эксплуатации объекта выявил максимальные приземные концентрации загрязняющих веществ на границе предприятия и жилой застройки - все они не превышают предельно-допустимых.  
 
Повторно метод резонансного виброразрушения был применен специалистами ПИ и НИИ ВТ «Ленаэропроект» в аэропорту «Пулково» в 2008 г. при реконструкции ИВПП-1.  
 
Текущее эксплуатационно-техническое состояние участка покрытий ИВПП-1 в рабочей части по наличию дефектов на поверхности перед началом реконструкции оценивалось как «неудовлетворительное» и «неремонтопригодное».  
 
На основании полученной оценки было принято решение о реконструкции существующих покрытий ИВПП-1.  
 
Учитывая: сжатые сроки строительства; важность объекта, плохие гидрогеологические условия, неудовлетворительное состояние покрытий, основания и ВДС, Ленаэропроект принял следующие технические решения:  
- выполнить разборку верхнего слоя покрытия;  
- произвести разрушение нижнего слоя покрытия виброрезонансным методом.  
 
Принятые в проекте технические и конструктивные решения нового покрытия ИВПП-1 были утверждены в Главгосэкспертизе (Положительное заключение №136-08/ГГЭ-2906/04).  
 
Основными этапами в реализации виброрезонансного метода в аэропорту «Пулково» стали следующие:  
• отработка технологии производства работ по виброрезонансному разрушению нижнего слоя цементобетонного покрытия;  
• разработка технологического регламента по виброрезонансному разрушению нижнего слоя цементобетонного покрытия;  
• разработка программы натурных испытаний;  
• проведение испытаний в соответствии с разработанной программой;  
• обработка результатов испытаний с оценкой несущей способности фрагментированного нижнего слоя покрытия.  
Каждый из этапов являлся ключевым во всем технологическом процессе.  
 
В результате отработки технологии был установлен оптимальный режим разрушения с интервалом хода рабочего органа. На основании проведенных испытаний был разработан технологический регламент, ставший основным документом, в соответствии с которым вели работу. В основу регламента принята технология производства работ по виброрезонансному разрушению цементобетонного покрытия с интервалом 0,25 м между смежными кромками прохода рабочего органа.  
 
С целью определения оптимального режима разрушения нижнего слоя цементобетонного покрытия до полного дискретного состояния (по всей толщине), комиссией при участии специалистов института «Ленаэропроект», было проведено пробное применение установки виброрезонансного разрушения с различными интервалами прохода рабочего органа для обоснования оптимальной технологии производства работ  
 
На основании проведенных испытаний был разработан Технологический регламент, в основу которого принята технология производства работ по виброрезонансному разрушению цементобетонного покрытия с интервалом 0,25 м между смежными кромками прохода рабочего органа.  
 
Разработанная программа натурных испытаний фрагментированного слоя легла в основу при проведении испытаний. Обработка результатов испытаний проводилась по Методике ОДН 218.1.052-2002 «Оценка прочности нежестких дорожных одежд» и ВСН46-83. На основании полученных результатов испытаний была проведена оценка несущей способности по модулю упругости фрагментированного покрытия. Полученное среднее значение общего модуля упругости на поверхности покрытия ИВПП-1, равное 108,0 МПа, на 2% ниже проектного, что находится в пределах точности расчетов несущей способности аэродромных конструкций (п.5.52 СНиП 2.05.08-85 «Аэродромы»).  
 
Таким образом, метод виброрезонансного разрушения цементобетонных покрытий впервые в таком объеме был использован на территории Российской Федерации в аэродромном строительстве при реконструкции существующих покрытий ИВПП и СРД аэропорта «Пулково». Полученные результаты свидетельствует о правильности выбранного Ленаэропроектом технического решения и способа производства работ.  
 
Метод виброрезонансного разрушения имеет ряд преимуществ перед традиционными способами реконструкции покрытий. Во-первых, это экономический эффект-за счет сокращения использования природных ресурсов, снижение затрат на мероприятия по охране окружающий среды, уменьшение сроков строительства, снижение сметной стоимости. Во-вторых технологический- увеличение несущей способности покрытия, осушение искусственного основания, предотвращения дублирования дефектов из нижнего слоя в верхний, отсутствия необходимости совмещения швов покрытий.  
 
В результате данной работы институт Ленаэропроект приобрел практический опыт по применению технологии виброрезонансного разрушения и контролю качества производства работ ри реконструкции аэродромов.  
 
В 2009 г. указанный метод был рекомендован к применению при реконструкции взлетно-посадочных полос аэропортов «Краснодар» и «Нижний Новгород