База нормативной документации: www.complexdoc.ru
ГЛАВА 13. КОНСТРУКЦИИ И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
13.1. Область применения. Основные виды покрытий
Жесткими считают дорожные одежды с усовершенствованными покрытиями - цементобетонными или асфальтобетонными на основаниях из цементобетона. Их относят к категории капитальных одежд, проектируемых в соответствии со СНиП 2.05.02-85 на автомобильных дорогах I-IV категорий общей сети Российской Федерации. В соответствии с действующими рекомендациями по проектированию жестких дорожных одежд [1] бетонные покрытия применяют и для дорожных одежд при облегченных условиях движения. При соответствующем техникоэкономическом обосновании допускается устройство таких одежд на подъездных дорогах промышленных предприятий, крупных строительных объектах, внутрихозяйственных сельских дорогах. В этом случае их применяют в соответствии со СНиП 2.05.11-83.
В настоящее время дорожные одежды с цементобетонными покрытиями занимают всего 1,64 % [2] от общего количества автомобильных дорог общего пользования в Российской Федерации. Однако, несмотря на относительно небольшую их протяженность, жесткие дорожные одежды эффективно работают и рекомендуются для применения в условиях интенсивного движения тяжеловесных грузовых автомобилей и автопоездов (с нагрузкой на ось 100 кН и более), а также в районах, не обеспеченных местными каменными материалами, пригодными для нежестких покрытий и верхних слоев оснований.
Имеются также зарубежные данные, позволяющие отдать предпочтение цементобетонным покрытиям по экономическим соображениям и условиям безопасности дорожного движения при расположении автомобильных дорог в тоннелях, а также в случаях значительного роста цен на нефтепродукты.
Действующие рекомендации распространяются на проектирование жестких дорожных одежд на автомобильных дорогах общего пользования, внутрихозяйственных сельских дорогах и подъездных дорогах к промышленным предприятиям. Однако полученное решение не является окончательным. Во всех случаях выбор в пользу жестких дорожных одежд должен подтверждаться техникоэкономическими расчетами вариантов по критерию минимума суммарных приведенных строительных и эксплуатационных затрат.
По технологии строительства, оказывающей определенное влияние на конструкцию покрытия, цементобетонные покрытия подразделяют на монолитные
552
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
и сборные. В настоящее время монолитные покрытия различают по способу устройства [3]:
комплектом высокопроизводительных машин со скользящими формами (опалубкой) с автоматической системой обеспечения ровности (комплект ДС-100);
комплектом машин, передвигающихся по рельс-формам, одновременно выполняющим функцию неподвижной опалубки при бетонировании покрытия (комплект с бетоноотделочной машиной Д-376 или ДВО-7,5).
Сборные покрытия [3,4] состоят из бетонных плит, которые изготавливают в заводских условиях и укладывают на дороге кранами или другими видами монтажного оборудования. В отличие от монолитных сборные покрытия применяют на участках дорог специального назначения или временных дорог, к которым не предъявляются повышенные требования по транспортноэксплуатационным качествам (ровности). В частности, эти покрытия особенно целесообразно применять на дорогах нефтяных и газовых промыслов, в районах промышленного, гидротехнического и других видов строительства, а также в крупных карьерах, на лесоразработках и на участках дорог в местах срочного пропуска транспортных средств при ремонте дорожного покрытия.
По конструкции цементобетонные покрытия подразделяются на неармированные, армированные и предварительно-напряженные.
Среди армированных покрытий различают следующие виды по степени насыщения сечения продольной арматурой: до 0,25 % - армированные покрытия; 0,4 % - железобетонные; 0,4-0,7 % - непрерывно армированные.
Особенностью непрерывно армированных покрытий является отсутствие в покрытии поперечных деформационных швов, функцию которых частично выполняют значительное число поперечных волосяных трещин, образующихся в покрытии в процессе эксплуатации на расстоянии 0,3-3 м друг от друга. Несмотря на эффективность таких покрытий, в отечественной практике строительства автомобильных дорог они не нашли широкого применения.
Предварительно-напряженные покрытия представляют собой конструкцию,
обладающую повышенной трещиностойкостью и работоспособностью в процессе эксплуатации, благодаря предварительному обжатию бетона (до 1 МПа) в ходе строительства автомобильной дороги. По способу создания предварительного напряжения монолитные покрытия делят на покрытия с внешним безарматурным обжатием бетона и с предварительно напрягаемой арматурой (струны, пучки, стержни периодического профиля).
В струнобетонных покрытиях предварительное напряжение создается высокопрочной стальной проволокой диаметром 4-5 мм с пределом прочности
553
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
1600 МПа, напрягаемой до бетонирования и отпускаемой на бетон после достижения им 70-80 % проектной прочности. За счет предварительного напряжения удается значительно снизить толщину этих покрытий (до 10-15 см), что позволяет рассматривать струнобетонные покрытия как весьма экономичные.
Строительство монолитных предварительно-напряженных покрытий осуществлялось в РСФСР в период середины 50-х - начала 70-х годов. В настоящее время применение их сдерживается из-за значительной трудоемкости, не позволяющей обеспечить современные темпы строительства автомобильных дорог. Кроме того, при строительстве предварительно-напряженных покрытий требуется повышенное внимание к технике безопасности.
Большое разнообразие жестких дорожных одежд позволяет проектировщику выбрать наиболее эффективную конструкцию, обосновав ее техникоэкономическими расчетами.
13.2. Общие требования к жестким дорожным одеждам. Основные принципы конструирования
Опыт эксплуатации автомобильных дорог с жесткими дорожными одеждами свидетельствует, что под воздействием автомобильного движения и погодноклиматических факторов происходит постепенное ухудшение состояния покрытия в результате образования различных дефектов и переход его в предельное состояние к концу расчетного, межремонтного срока службы.
В общем случае в цементобетонном покрытии после его устройства развиваются повышенные напряжения от сил сопротивления основания температурным перемещениям и срабатывают отдельные поперечные швы покрытия. Затем начинают существенно влиять температурные напряжения, возникающие от невозможности коробления покрытия, и динамические нагрузки от движущихся автомобилей. В результате происходит процесс постепенного уменьшения длины частей покрытия. На участках покрытия длиной менее 10 м растрескивание вызывается совместным действием температуры и нагрузки. При этом воздействие температуры обусловливает вид дефекта (поперечные трещины), а многократно повторяющиеся проезды автомобилей способствуют местному перенапряжению и усталостному разрушению бетона покрытия. Со временем, когда ширина вновь образованных трещинами частей плит будет превышать длину, в них начинают появляться продольные трещины. В дальнейшем с ростом количества проездов автомобилей по дороге поперечные и продольные трещины целиком разрушают цементобетонное покрытие, образуя сетку трещин.
Одновременно с образованием трещин в покрытии начинается процесс постепенного смещения частей плит по вертикали, приводящий к образованию - ступеней и перекосов плит. В асфальтобетонных покрытиях на основаниях из
554
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
цементобетона развиваются «отраженные» трещины. В результате ровность покрытий становится неудовлетворительной и требуется капитальный ремонт покрытия или реконструкция дороги.
На эксплуатационное состояние жестких дорожных одежд существенное влияние оказывают конструктивные особенности, физико-механические свойства материалов конструктивных слоев и в значительной степени грунты земляного полотна. В целом для сохранения необходимых транспортно-эксплуатационных качеств и сплошности покрытия к конструкции жесткой одежды предъявляются следующие требования:
по прочности, трещиностойкости покрытия и конструктивных слоев,
способных сопротивляться изгибу. В качестве критерия прочности используется допускаемое напряжение растяжения при изгибе монолитных слоев под воздействием температуры и динамической нагрузки с учетом надежности работы конструкции в пределах расчетных, межремонтных сроков службы;
по прочности дорожной одежды в целом. В качестве критерия прочности используются: допускаемое напряжение сдвига в грунтах земляного полотна и в слоях, не способных сопротивляться изгибу, а также величина допустимой деформации по торцам плит, оцениваемой по величине накопления уступа между плитами в поперечном шве. Проверку прочности дорожной одежды по критерию сдвига осуществляют методом, аналогичным принятому для нежестких дорожных одежд;
по продольной устойчивости покрытия. В качестве критерия используется критическое напряжение сжатия, возникающее в покрытии при повышении его температуры;
по морозоустойчивости дорожной одежды. В качестве критерия используется допускаемое зимнее вспучивание (вертикальный подъем) покрытия. Расчет морозоустойчивости одежды осуществляется методами, аналогичными принятым при проектировании нежестких дорожных одежд;
по обеспеченности водоотвода в основании. В качестве критерия используется величина допускаемого коэффициента фильтрации;
по шероховатости поверхности покрытия. В качестве критерия используется допускаемый коэффициент сцепления колеса с покрытием или допускаемая средняя высота выступов шероховатости [6]. Требования по шероховатости поверхности покрытия обеспечиваются технологическими приемами при строительстве автомобильной дороги.
Учет всех указанных требований приводит к конструированию жестких одежд в виде многослойных систем.
555
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
В соответствии с действующими рекомендациями [1] конструкцию жесткой дорожной одежды выбирают по результату технико-экономического сравнения вариантов, рассчитанных на прочность, деформативность, морозоустойчивость и осушаемость. При этом расчет осуществляют с учетом надежности (вероятности безотказной работы) конструкции (таблица 13.1) в пределах расчетного срока службы. Расчетный срок службы при определении конструкции дорожной одежды и расчетных параметров конструктивных слоев принимают равным не менее 25 годам или менее, но с учетом воздействия построечного транспорта.
Таблица 13.1.
Уровни надежности и коэффициенты прочности
Интенсивность движения расчетной |
Уровень |
Коэффициент |
нагрузки, ед./сут |
надежности |
прочности, Кт |
Более 1000 |
0,95 |
1.00 |
500-1000 |
0,90 |
0,94 |
Менее 500 |
0,80 |
0,87 |
Современная жесткая дорожная одежда включает покрытие, основание, дополнительный слой основания и при необходимости выравнивающий слой.
Покрытие предназначено для обеспечения безопасного круглогодичного проезда автомобилей и автопоездов с расчетными скоростями движения и осевыми (колесными) нагрузками. Толщина покрытий устанавливается расчетом и должна быть, как правило, одинаковой по всей ширине проезжей части.
Выравнивающий слой между покрытием и основанием предназначен для обеспечения наилучших условий взаимодействия покрытия с основанием при действии температуры и внешней нагрузки, он способствует равномерному опиранию плит на основание, устраняя отдельные неровности. Его устраивают при необходимости из обработанных вяжущими зернистых материалов и принимают без расчета в качестве конструктивного слоя толщиной 3-5 см. Выравнивающий слой может не устраиваться на основаниях из низкомарочного бетона или грунта и каменных материалов, укрепленных цементом, при условии, если ровность основания соответствует требованиям строительных норм и правил по производству и приемке работ при строительстве автомобильных дорог.
556
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Основание под цементобетонное покрытие устраивают для уменьшения давления на подстилающий грунт от движущихся автомобилей, а также комплекта гусеничных машин, используемых при устройстве покрытий в скользящей опалубке. В зависимости от условий строительства и эксплуатации устраивают основания из бетона низких марок по прочности; из нерудных материалов и грунтов, укрепленных неорганическим вяжущим; и из щебня, шлака, гравия или песка. Толщину основания назначают по расчету, но не менее 14, 16 и 15 см, соответственно, для указанных выше видов основания.
На автомобильных дорогах I-III категорий для оснований применяют бетоны низких марок по прочности (класса Вtb08 ; Вtb1,2), каменные материалы или грунты, укрепленные цементом и другими неорганическими вяжущими. Основания из щебня, шлака и грунтов, укрепленных органическими вяжущими, целесообразно устраивать на дорогах II-IV категорий. Песок и гравийно-песчаные смеси применяют, как правило, на дорогах III-V категорий.
Во избежание образования случайных трещин в цементобетонном покрытии в нижнюю часть основания, укрепленного неорганическим вяжущим, закладывают деревянные бруски высотой 4-7 см через каждые 20-30 м, а между покрытием и основанием устраивают трещинопрерывающие прослойки.
При бетонировании покрытия гусеничными бетоноукладчиками со скользящими формами ширину укрепленного основания устраивают шире покрытия на 1,05 м с каждой стороны. В случае применения комплекта машин, передвигающихся по рельс-формам, основание устраивают шире покрытия не менее чем на 0,5 м с каждой стороны, но не менее ширины укрепленных (краевых) полос.
Дополнительный слой основания наряду с передачей нагрузок на земляное полотно выполняет функции теплоизолирующего, морозозащитного и дренирующего слоя. В зависимости от климатических и гидрогеологических условий указанные функции могут совмещаться. Дополнительный слой основания устраивают из морозостойких и дренирующих материалов (песок, шлак, высевки, ракушечник и т.д.), рассчитывая параметры слоя методами, принятыми при проектировании дорожных одежд нежесткого типа.
При проектировании асфальтобетонных покрытий на основаниях из цементобетона для предотвращения появления «отраженных» трещин между покрытием и основанием находят применение трещинопрерывающие прослойки на основе геосетки. Это специальный конструктивный элемент дорожной одежды, представляющий собой композицию из армирующего полотна (геосетки) и вяжущего. В качестве геосетки используют [7] сетки типа ССНП (сетка стеклянная нитепробивная пропитанная) и зарубежные типа "HaTellit". Применяют или сплошное армирование или армирование над зонами основания, в которых предполагается развитие трещин.
557