Проектирование дорожных одежд

Возникающие в дорожной одежде напряжения от колёс автомобилей уменьшаются на глубине (рис.7.1). Поэтому экономически целесообразно проектировать дорожную одежду как многослойную конструкцию, применяя в отдельных её слоях материалы различной прочности соответственно величине действующих в этих слоях напряжений.

 

Рис. 7.1 Напряжения от транспортных нагрузок в многослойной дорожной одежде:

а - эпюра вертикальных напряжений s_z; б-эпюра горизонтальных напряжений s_х; 1-покрытие; 2-основания; 3-дополнительный слой;4-грунт; 5-эпюра при однородном материале; 6-эпюра в многослойной одежде

 

Горизонтальные (касательные) усилия достигают значительной величины при торможении и скольжении колёс (0,6-0,7 от массы автомобиля) и воспринимаются главным образом верхним слоем дорожной одежды. Эти усилия стремятся сдвинуть верхний слой по нижнему. Сдвиг может произойти, если сцепление между этими слоями недостаточное. Горизонтальные силы могут вызвать также пластичный сдвиг материала внутри верхнего слоя, что может привести к образованию волн, наплывов и даже разрывов. Эти же силы вызывают истирание материала на поверхности дорожной одежды.

Вертикальные  силы принимают в качестве расчетных для определения толщины отдельных слоев дорожной одежды, поскольку они играют основную роль при установлении её необходимой прочности.

Верхние слои одежды подвергаются непосредственному воздействию  транспорта и климатических факторов; поэтому материалы, составляющие эти слои, должны быть наиболее прочными и доброкачественными. Чем глубже расположены слои одежды, тем меньше сказывается на них воздействие транспорта и климатических факторов, что позволяет применять для этих слоев менее прочные, обычно более дешевые местные материалы.

Дорожные одежды могут  состоять из одного или нескольких конструктивных слоев. При наличии  нескольких слоев дорожная одежда включает покрытие, основание и дополнительный (подстилающий) слой основания.

Покрытием называют верхний слой дорожной одежды, предназначенный для непосредственного восприятия воздействия, движущегося транспорта и характеризующий эксплуатационно-транспортные качества проезжей части. Покрытие может состоять из слоя износа, периодически возобновляемого в процессе эксплуатации, и основного слоя. Слой износа должен обеспечивать ровность и шероховатость покрытия и одновременно предохранять лежащий под ним слой от непосредственного воздействия колёс движущихся экипажей.

Основание (несущий  слой) является основным конструктивным слоем дорожной одежды, обеспечивающим её прочность и устойчивость; оно воспринимает нагрузки от покрытия и передает их в значительно рассредоточенном виде на подстилающий слой, а при отсутствии последнего - на грунт земляного полотна.

Дополнительный (подстилающий) слой основания укладывают непосредственно на уплотненный грунт земляного полотна.

Кроме передачи рассредоточенного давления от колёс  автомобиля на земляное полотно он выполняет также функции дренирующего, морозозащитного и выравнивающего слоев.

Дренирующие слои необходимы для предохранения дорожной одежды oт неравномерного сезонного вспучивания, для сброса и последующего отвода воды поступающей в основание дорожной одежды. Их устраивают при земляном полотне из глинистых грунтов и пылеватых песков при неблагоприятных водных условиях.

Приведённое разделение дорожной одежды на конструктивные части и слои является условным. В ряде случаев различные конструктивные функции выполняются одним каким-либо слоем.

Дорожные одежды обычно классифицируют по типу поверхностного слоя покрытия, которое в той или иной степени обеспечивает эксплуатационные требования, предъявляемые к автомобильной дороге: ровность, беспыльность бесшумность, шероховатость и высокую скорость движения, безопасность проезда, а также работоспособность, т. е. количество автомобилей, которое можно пропустить по дороге в период между восстановительными ремонтами в условиях, обеспечивающих движение с заданной интенсивностью и скоростью.

В зависимости от этих показателей дорожные покрытия можно разделить и на низшие, переходные, усовершенствованные облегченные и усовершенствованные капитальные.

 

Простейшие  дорожные покрытия.

 

К дорогам  с покрытиями низшего типа относят покрытия из местных грунтов (грунтовые), а также грунтовые улучшенные местными материалами: песком, щебнем, гравием, глиной, ракушкой.

Низшие покрытия применяют  при малой интенсивности движения, главным образом на сельскохозяйственных дорогах, когда возможен временный перерыв движения в период осенней или весенней распутицы.

Грунтовые естественные дороги являются наименее благоустроенными, так как они не имеют правильного поперечного профиля и представляют собой наезженную полосу земли без водоотвода и боковых канав. Проезд по таким дорогам зависит oт качества грунтов и возможен только в сухую погоду. Исключение составляют дороги, проходящие по песчаным грунтам, проезд по которым во влажные периоды лучше, чем в сухое время года. Лучшими грунтами для естественных дорог являются легкие суглинки и супеси, которые обладают свойствами оптимальной грунтовой смеси. Это необходимо иметь в виду при размещении грунтовых дорог в процессе составления проекта землеустройства. Для поддержания естественной грунтовой дороги в проезжем состоянии её на отдельных участках приходится укреплять отмосткой, плитами, делать канавы и мостики, профилировку.

Грунтовые профилированные дороги устанавливают на местных грунтах путём придания поверхности земляного полотна выпуклого двускатного поперечного профиля. При этом грунт берут из боковых канав, глубиной 0,3-0,8 м., считая от бровки земляного полотна. Процесс устройства выпуклого поперечного профиля дороги называется профилированием. Его выполняют грейдерами и автогрейдерами, а также бульдозерами.

Поверхности проезжей части  профилированных дорог придают поперечные уклоны до 3-4 % с увеличением до 5-6% в пределах обочин, которые различаются лишь условно, так как состоят из того же грунта, что и проезжая часть (рис. 7.2). Для возможности съезда на прилегающие поля боковые канавы делают треугольного или полукруглого очертания глубиной 0,2-0,3 м. с пологими откосами (m=3-5).

Рис. 7.2 Схема профилированной дороги

 

Движение по профилированным  дорогам из связных грунтов (как  и по естественным грунтовым) возможно только в сухое время.

При увлажнении они становятся скользкими, транспорт буксует, образуются колеи, и движение может стать совершенно невозможным.

Однако в сравнении  с естественными дорогами профилированные  быстрее высыхают и дольше находятся  в проезжем состоянии.

Большой недостаток грунтовых  дорог - интенсивное образование  в сухое время года пыли, которая  ограничивает видимость и, оседая на прилегающих к дороге полях, снижает урожайность и качество сельскохозяйственной продукции.

В местах примыкания к дорогам с твёрдым покрытием  грунтовые дороги должны быть укреплены для уменьшения загрязнения проезжей части на участке ³ 25 м.

 

Грунтовые профилированные дороги, улучшенные добавками. Для улучшения проезда по грунтовым дорогам во влажные периоды года их укрепляют различными добавками, повышающими сопротивляемость грунта механическим и климатическим воздействиям.

Существуют  следующие способы улучшения  грунтовых дорог:

• создание покрытия из грунтовой смеси оптимального состава;
• добавление разложившегося торфа и глины;
• введение скелетных добавок;

- обработка  местных грунтов вяжущими.

Дороги, обработанные указанными способами - это грунтовые улучшенные дороги.

В грунте оптимального состава  песчаные, пылеватые и глинистые  частицы находятся в определенном соотношении, которое определяют лабораторным путём. Грунт оптимального состава не размокает и не теряет своей несущей способности даже при значительном увлажнении (табл. 7.1). Если естественный грунт поверхности земляного полотна отличается от оптимального, то к нему добавляют недостающие частицы. При этом в сырых местах и в районах с избыточным увлажнением, в оптимальной смеси должно быть больше песка, а в сухих - больше глины.

Песчаные грунты улучшают суглинком, разложившимся торфом или  обрабатывают глиняным раствором.

Таблица 7.1 Состав оптимальных смесей, характерных для разных климатических районов.

Размеры фракций, мм	Увлажнение
	нормальное	недостаточное	избыточное	избыточное
	тип A1	тип А2	тип Б1	тип Б2
	Содержание фракций , %
2.00-0.25	45-60	20-45	45-70	25-45
0.25-0.05	10-20	20-40	15-30	25-55
0.05-0.005	15-35	15-35	15-25	15-25
0.005	6-12	8-14	3-8	3-10

 

Глинистые  и  черноземные  грунты улучшают так  называемыми  скелетными добавками - различными местными каменными материалами и отходами промышленности (песок, гравий, ракушка, отходы известковых карьеров, металлургические топочные шлаки и т. д.).

Если в качестве добавки  к связным грунтам применять, щебень или гравий, то получают грунтощебеночное или грунтогравийное покрытие с довольно высокими эксплуатационными показателями. При этом щебень или гравий составляет скелетную (несущую) часть одежды, а грунты заполняют пустоты, повышая плотность и водопроницаемость покрытия. Лучше всего содержание щебня 60 % от объёма смеси.

Покрытие грунтовых дорог обычно улучшают на всей ширине поверхности земляного полотна. При этом должно быть обеспечено хорошее перемешивание, тщательное профилирование и уплотнение материалов. Толщина улучшенного слоя назначается в пределах 15 - 35 см по оси с уменьшением до 15 - 20 см у бровок дороги.

Введение  в местные грунты минеральных и органических вяжущих  значительно повышает их водоустойчивость и связность. Наиболее пригодны для обработки добавками вяжущих материалов супесчаные грунты и грунты оптимального состава.

Улучшенные  грунтовые дороги хорошо сохраняют профиль, обеспечивают интенсивность движения 100 и более автомобилей в сутки, характеризуются низкими затратами на строительство, но требуют систематического и тщательного текущего ремонта и ухода.

В необработанном вяжущими материалами грунтощебне  грунт выполняет роль вяжущего до тех пор, пока его относительная влажность не ниже 0.4. Для поддержания этой влажности в сухие периоды года добавляют хлористый кальций в количестве 1,0 - 1,5 % от массы грунта.

Применение  грунтощебня помимо экономии щебеночного материала позволяет более широко использовать низкопрочные каменные материалы, так как щебень под защитой грунта значительно меньше изнашивается.

Укрепляющие добавки можно вводить двумя  способами:

• постепенным   (за   несколько   приёмов)   насыщением   добавками   грунтовой поверхности проезжей части;
• созданием улучшенного слоя за один приём путём перемешивания на дороге или в смесителе.

В первом случае улучшающие материалы рассыпают тонким слоем (3-5 см) на уплотненную поверхность, в результате чего образуется серповидный профиль. Улучшающий материал следует рассыпать на увлажненный грунт. Работу ведут непрерывно, без прекращения движения по дороге. Равномерное распределение материалов достигается утюжкой, а перемешивание добавок с грунтом - воздействием колёс автомобилей и утюжкой. После внесения необходимого количества добавок в 2 - 3 приёма получается слой укреплённого грунта толщиной 12-15 см.

Вводить добавки  в укреплённый слой способом постепенного насыщения следует в короткие сроки, так как в противном случае во время распутицы улучшающий материал вдавливается колёсами на большую глубину и не даёт надлежащего эффекта.

Применять крупные  частицы и окатанный речной гравий с включением плоских элементов  нецелесообразно, так как эти  частицы плохо проникают в грунт и не обеспечивают надлежащей прочности и устойчивости улучшенного слоя.

После окончания  работ земляное полотно следует  профилировать автогрейдерами и укатать сначала лёгкими, а потом и тяжёлыми катками. Работы вести нужно во влажное время года. Поэтому при сухой погоде щебень вначале отсыпают на обочины, а после дождя передвигают автогрейдером на проезжую часть и разравнивают.

При введении добавок  в один приём при корытном профиле  дорожное полотно профилируют и тщательно укатывают катком или гружеными автомобилями. Накатанная поверхность служит основанием для грунтощебня. Зачем устраивают присыпные обочины, образуя корыто. По дну его рассыпают добавки и планируют их, а сверху рассыпают грунт из карьеров-кюветов. После этого грунт и добавки смешивают  фрезой  для получения равномерной смеси,  которую разравнивают, профилируют и укатывают. Толщина перемешиваемого слоя в рыхлом состоянии не должна превышать 20 - 22 см.