Проектирование дорожных одежд

До смешивания грунта целесообразно добавить в него около 1.5 % CaCl₂ , который обеспечивает не только сохранение определённой влажности и связности грунта, но и понижает температуру его замерзания, что предохраняет одежду от замерзания и разуплотнения.

При проектной толщине  одежды больше 15 см покрытие устраивают в 2 слоя. Наилучшего уплотнения можно достичь при 50 % щебня.

В верхнюю часть грунтощебеночного  покрытия перед его окончательным  уплотнением целесообразно вводить 10-30 кг/м²  покрытия дробленый гравий.

Если для  улучшения дорог применяется  гравий, то для получения более  плотного полотна следует добавлять в него 30 - 40 % щебня.

Укреплять грунтовые  дороги добавками из гравия и щебня  можно и зимой. Движение по таким участкам открывают лишь после того, когда грунт промерзает на достаточную глубину.

Вместо щебня и гравия можно использовать следующие местные добавки:

• шлаки металлургических заводов;
• сланцевую золу;
• разложившийся торф;
• отбросовый щелок, получаемый при производстве соды и бертолетовой соли (в засушливых районах для обеспыливания дорог);
• силикатную  крошку (шару - отбросы заводов силикатного кирпича), на песчаных грунтах;
• отходы сахарных и крахмально-паточных заводов (известь и пр.) для песчаных грунтов;

- обработку дорог сточной водой бумажных фабрик.

 

Покрытие дорог переходного типа.

 

Покрытия переходного  типа являются как бы переходным звеном от покрытий низшего типа к усовершенствованным покрытиям, для которых они служат в качестве основания.

Мостовые покрытия. Булыжная или из колотого камня мостовая укладывается на песчаное, шлаковое, дресвяное или другое основание. Для булыжной мостовой применяют естественный камень (булыжник) высотой 15-20 см или колотый камень таких же размеров. Если их укладывать на прочном бетонном или каменном основании, то они относятся уже к усовершенствованным капитальным покрытиям.

Булыжная мостовая - прочное и долговечное покрытие, допускающее высокую интенсивность движения, до 1000 автомобилей/сут. Однако её существенным недостатком является трудоёмкость и неровность покрытия, ограничивающая скорость движения.

На песчаных и гравелистых грунтах булыжные мостовые устраивают без специального основания (рис. 7.3).

 

Рис.7.3 Булыжное покрытие

Так как мостовая - покрытие водопроницаемое, для отвода просочившейся воды через каждые 5 - 10 м по длине устанавливают дренажные воронки-канавки шириной 30 - 40 см., проходящие под обочиной от корыта к откосу и заполненные дренирующим материалом (крупнозернистым песком или щебнем). Чтобы просочившаяся в корыто через покрытие вода стекала в кюветы, дну воронки придается уклон 2- 3 % в сторону откоса.

Устройство дренажных воронок - очень трудоемкая операция, поэтому для упрощения работ песчаный слой обычно укладывают по всему полотну дороги на спланированную в сторону кюветов земляную поверхность (рис. 7.4), в пределах проезжей части производят мощение, а затем подсыпают обочины из местного грунта.

 

Рис.7.4 Мостовое покрытие

 

Булыжные мостовые устраивают в районах, где нет условий для создания более дешевых и совершенных покрытий, то есть там, где есть камень и квалифицированные рабочие - мостовщики.

Гравийные покрытия (рис. 7.5) относятся к переходным, их устанавливают на дорогах с небольшой интенсивностью движения - до 500 авт/сут. В хорошем состоянии они обеспечивают скорость движения до 70 км/ч.

 

 

Рис.7.5 Гравийное покрытие.

 

Гравийные смеси встречаются в природе в виде естественных залежей с содержанием частиц обломков горных пород различной крупности. Для устройства покрытия гравийный материал должен отвечать требованиям оптимальной смеси или быть подобран по принципу наибольшей плотности. Покрытие из гравийной смеси может устраиваться серповидного или полукорытного профиля непосредственно на земляном полотне или подстилающем слое песка. Толщину гравийного покрытия в зависимости от условий движения назначают 8 -16 см однослойного и 25 - 30 см двухслойного. Для нижнего слоя возможно применение смесей с крупностью зёрен до 7 см, для верхнего - не более 2.5 см.

Пылимость таких покрытий в жаркую сухую погоду может быть устранена поливкой CaСl₂, удерживающим влагу.

Щебеночные  покрытия тоже относятся к категории IV и V классов, (так как могут устраиваться при небольшой интенсивности движения (до 200 авт./сут). Для устройства щебеночных покрытий применяют искусственно дробленый материал из камня, чаще известняковый, имеющий, прочность при сжатии не ниже 600МПа.

Для нижних и средних  слоев щебеночных оснований и  покрытий применяют фракционный  щебень крупностью 4-7см и 7-12 см; для верхних слоев оснований и покрытий - 4 - 7 см; для расклинивания - 0,5 - 1,0 см; 1-2 см; 2-4 см. Щебень слабых пород применяют размером более 7 см.

Щебеночные покрытия устраивают на песчаном подстилающем слое. Для основания могут быть использованы другие местные материалы (шлак, ракушка, гравий).

Принцип устройства щебеночного  покрытия заключается в том, что  щебень крупностью ³ 4 см рассыпают на заранее подготовленное основание, выравнивают по заданному профилю и предварительно уплотняют катками до неподвижности щебенок. Затем для расклинивания последовательно рассыпают более мелкий каменный материал - щебень, крупностью 1-2 и 0,5-1,0 см. Укаткой достигают полного заклинивания щебенок. При укатке щебень поливают водой, облегчающей подвижность щебенок в процессе укатки, что способствует цементации и лучшему формированию покрытия.

Щебеночные покрытия устраивают в корытном профиле в  один слой толщиной 10-18 см, а при толщине 18 см - в два слоя. Для нижнего слоя используют менее прочный щебень. Поверхности покрытия придают поперечный уклон 0,030.

Щебеночное покрытие быстро изнашивается и малоустойчиво  при автомобильном движении. Чтобы  повысить связность щебенок, водонепроницаемость покрытия и устранить пылимость, щебень обрабатывают битумными и дегтевыми вяжущими.

 

Грунтовые покрытия укрепленные вяжущими

 

Укрепление  грунта - это комплекс мероприятий, в результате проведения которых грунты приобретают необратимую связность вследствие образующихся в них кристаллических связей, механическую прочность и устойчивость при переменном режиме увлажнения и промерзания. При укреплении грунтов происходят следующие процессы:

- химические (образование нерастворимых в воде соединений и гелей, гидролиз и гидратация минеральных вяжущих веществ, полимеризация, поликонденсация, сополимеризация синтетических полимерных веществ);

- физико-химические (ионный обмен, необратимая коагуляция, микроагрегатирование);

- физические и механические процессы (размельчение, перемешивание и уплотнение грунта).

Обработку грунтовых  дорог можно осуществлять различными вяжущими:

1.Минеральные вяжущие (цемент или известь) сцепляют отдельные грунтовые частицы прочными кристаллическими связями, изменяют коллоидно-химические свойства грунта и увеличивают его механическую прочность и водоустойчивость. Такой материал называется ие-ментогрунтом.

Цементом  и известью можно укреплять грунты, различные по своей природе, химико-минералогическому и гранулометрическому составам.

Наиболее пригодны для  укрепления крупнообломочные щебенистые и гравелистые грунты, супеси, легкие суглинки, близкие к оптимальному составу с числом пластичности 0.003 - 0,12.

Связные грунты (суглинки и глины) можно подвергать укреплению при числе пластичности не более 0.22 - 0.27.

Гумусированные слои почвы с содержанием гумуca более 6 % по массе, надлежащего эффекта при укреплении цементом не дают.

Возможность укрепления засоленных грунтов зависит  от степени и характера их засоления и возможности ликвидации вредного воздействия различных солей специальными добавками.

В практике дорожного  строительства применяются портландцементы марки 400 (класс В 30) и выше со сроком схватывания не менее 2 часов. Для устройства нижних слоев одежды (в южных районах РФ и для верхних слоев) разрешено применять магнезиальные и шлаковые магнезиальные, портландцементы марки 300 (класс 22.5) и выше, а также известково-шлаковые марки > 100 (класс 7.5). известково-пуццолановые марки > 100. известково-зольные марки 50 (класс В 3.5).

Опыт показал, что для нормального протекания процессов твердения цементогрунта обрабатываемый грунт должен иметь оптимальную влажность » 0.6 от границы текучести. Эта влажность должна быть:

- для песка    0,07-0,10;

- супеси    0,09-0,14;

- суглинков легких    0,12-0,18;

- суглинков  тяжелых  0,16-0,22;

- глин     0,18-0,25 от массы смеси.

Если влажность грунта превышает оптимальную, более чем на 2%, необходимо продолжить перемешивание грунта и его размельчение с целью подсушивания. С этой же целью в грунт можно ввести добавку извести в количестве 2-3%. Дозировка цемента 4 - 15% от массы смеси или 80 - 275 кг/м³ смеси в зависимости от типа грунтов (на связных грунтах - большее значение).

Цементогрунтовую смесь укладывают слоями толщиной не менее 10 см и не более 22 см в плотном теле. Укладывать смеси очень тонкими слоями вследствие их хрупкости не рекомендуется.

В ряде районов (юг, средняя  полоса России) при хорошо обеспеченном водоотводе грунты укрепляют известью. Оптимальная ее дозировка на

15-20 % меньше дозировки цемента. Излишняя добавка извести не повышает прочности покрытия.

Укрепление грунтов  цементом и известью применяется  только в III-V дорожно-климатических районах.

2. Органические вяжущие  - это нефтяные и природные  битумы и дегтевые материалы  Вяжущие материалы органического  происхождения должны удовлетворять  следующим требованиям:

- иметь хорошее сцепление  с минеральными материалами;

- обеспечивать необходимое  качество перемешивания с минеральными  материалами (обволакивание тонкой  пленкой);

- удобообрабатываемость  смеси при ее укладке и укатке  в покрытии.

В дорожном строительстве больше применяют нефтяные битумы и частично - каменноугольные дегти. В различной степени используют битуминосные породы, торфяные дегти и смолы, крекинг-остатки, нефтегазовые пеки, каменноугольные фусы и др. побочные продукты и отходы коксохимической и нефтегазовой промышленности.

В зависимости от скорости загустевания жидкие битумы разделяют  на густеющие со средней скоростью (класс СГ) и медленно густеющие (класс  МГ). Установлены следующие марки  нефтяных дорожных битумов:

СГ - 15/25  МГ -  25/40

СГ - 25/40  МГ - 40/70

СГ - 40/70  МГ - 70/130

СГ - 70/130  МГ - 130/200

СГ - 130/200

Для различных марок  битума допускается разная температура  нагрева от 50 до 100°С

Для улучшения  прилипания битума к минеральным материалам и повышения водоустойчивости битумоминеральных смесей применяются поверхностно-активные добавки, вводимые в небольших количествах Дозировка добавок составляет 0.5 - 5.0% от массы вяжущего или 0.05 - 0.5 % от массы минеральных материалов.

Применяемые в дорожном строительстве дегти делятся  на 8 марок (Д-1. Д-2 Д-8). Чем выше марка дегтя, тем больше его вязкость.

Расход органических вяжущих зависит от типа обрабатываемых грунтов и типа вяжущего и составляет 3-15 % от массы минеральных грунтов пли 60 - 300 кг/м³ смеси.

Для смешивания грунта с  вяжущими применяются смесительные машины, дорожные фрезы и смесительные установки в карьере. Грунт заготавливают с учетом коэффициента (1.4- 1.5) уплотнения смеси.

Толщина слоя покрытия - 4.5 - 8.0 см. Массу грунта с органическими  вяжущими профилируют и уплотняют самоходными катками массой 8 - 10 т.

 

Покрытия дорог  усовершенствованного типа

 Асфальтобетонные  и дегтебётонные покрытия относят к совершенствованным покрытиям капитального типа, их раньше устраивали на дорогах только I. II и III категорий. С 1984 года разрешено применять этот тип покрытий и на дорогах IV и V категорий Они выдерживают интенсивность движения более 3000 авт./сут. Эти покрытия устраивают из горячих теплых и холодных асфальтобетонных или дегтебетонных смесей, приготавливаемых в специальных установках.

В зависимости  от вида каменного материала асфальтобетоны подразделяются:

- щебеночные, состоящие  из щебня, песка, минерального  порошка и битума;

- гравийные, состоящие  из песка, гравия, минерального  порошка и битума;

- песчаные, состоящие  из песка, минеральною порошка и битума. Холодные асфальтобетоны приготавливаются на жидком битуме (только мелкозернистые).

Горячие и теплые асфальтобетоны в зависимости от максимального  размера зерен щебня (гравия) могут  быть:

- крупнозернистые (d < 40 мм):

- среднезерннстые (d < 20 мм):

- мелкозернистые (d < 15 мм).

 

Песчаные асфальтобетоны могут содержать зерна до 5 мм. Монолитность, устойчивость и механическая прочность обеспечивается,  тем. что каменный скелет подбирается  по принципу наибольшей плотности.

Для устройства верхнего слоя применяют плотные горячие и теплые асфальтобетоны, обладающие остаточной пористостью 2.5 - 5,0 % обязательно содержащие минеральный порошок, способствующий повышению температуроустойчивости бетона.

 

В нижние слои и основание укладывают асфальтобетон с остаточной пористостью 5 - 10 %.

Холодный асфальтобетон  применяется для устройства верхнего слоя. Наименьшей шероховатостью обладают холодные асфальтобетоны из смеси гранитного щебня (до 60 %). песка и минерального порошка.

Асфальтобетонные покрытия устраивают однослойными и двухслойными на каменных и бетонных основаниях. Для лучшего сцепления с асфальтобетоном каменные основания обрабатывают битумными или дегтевыми материалами. Количество и толщину слоев устанавливают обычно по конструктивным и экономическим соображениям и проверяют расчетом па прочность.