Проектирование дорожных одежд

Обычно толщина  покрытий должна быть не менее :

однослойный асфальтобетон  — 5 см;

двухслойный асфальтобетон — 7 см;

холодный асфальтобетон  и дегтебетон — 3 см.

Асфальтобетонные смеси укладывают в покрытие самоходными асфальтоукладчиками. Температура укладки горячей смеси должна быть не ниже 100 - 120 °С; теплой - 80 °С: холодной не ниже 5 - 10 °С (зависит от времени года).

Уложенную смесь уплотняют вначале легкими, а затем тяжелыми катками (массой 6-8 и 10-13 т).

Холодную смесь уплотняют самоходными катками массой от 2.5 до 5.0 т, чем достигают образование в верхней части покрытия плотной корки небольшой толщины. Рационально уплотнять холодную смесь катками на пневматическом ходу. Окончательное формирование покрытия происходит под действием автомобилей, движущихся со скоростью не более 40 км/ч. через 2-3 недели при интенсивном движении и благоприятной погоде.

Шероховатость асфальтобетонных покрытий может быть получена в результате применения смесей с повышенным содержанием щебня и поверхностной обработки.

Недостатки: темный цвет, создающий высокое светопоглошение. что может быть причиной аварий в вечерние часы. Этот недостаток устраняется применением светлых оттенков щебня или втапливанием алюминиевой крошки в поверхностный слой, что в 2 - 3 раза увеличивает яркость покрытия. Второй недостаток — высокая стоимость — до 150 тыс руб./км при ширине дороги 7 м.

Для обеспечения  хорошего сцепления асфальтобетонного  слоя с недостаточно чистым основанием необходимо не позднее чем за 2 - 3 часа до укладки асфальтобетонной смеси разлить жидкий битум или дорожную эмульсию в количестве 0,5 - 1,0 л/м² (в пересчете на битум) с помощью автогудронатора.

Асфальтоукладчик  укладывает смесь шириной от 3.00 до 3.75,м и толщиной слоя 3-15 см.

Цементобетонные покрытия до последнего времени применялись на дорогах I, II, III категорий с интенсивностью движения более 3000 авт/сут. Достоинствами таких покрытий являются:

- простота  эксплуатации:

- высокая  прочность;

- ровность:

- достаточная  шероховатость.

С 1984 года разрешено применять этот тип покрытия и на дорогах IV и V категорий. Производство работ по устройству цементобетонных покрытий почти полностью механизировано.

Цементобетонные покрытия представляют собой плиту из бетона, уложенную на прочное и устойчивое основание. В качестве последних, под бетонные покрытия применяют слои грунта, укрепленные вяжущими крупнозернистый или среднезернистый песок, щебень, гравий или гравийно-песчаную смесь. Использовать песчаное основание разрешается только на дорогах III и более низких категорий.

Марка бетона для дорог > 300 (класс 22.5).

Толщина бетонной плиты назначается по расчету  с учетом размера и характера движения. Обычно плита имеет толщину 18-24 см в пределах всей ширины проезжей части и поперечный уклон для стока волы 10-15%.

Толщина бетонной плиты может быть уменьшена при  применении предварительно напряженной арматуры.

Для предохранения плиты  от образования трещин при температурных  изменениях устраивают температурные швы (рис 7.6)

Поперечные швы расширения имеют зазор 2.5 - 3.0 см и устраиваются через 20 - 80 м. Они обеспечивают удлинение плиты.

Поперечные швы сжатия предохраняют плиту от трещин, возникающих при понижении температуры, их прорезают на глубину 5см шириной 1 см через 4 -10 м.

 

Рис. 7.6 Устройство швов

 

Расстояния  между поперечными швами зависит  от вида основания, толщины плиты и температуры воздуха во время бетонирования.

Продольные ш в ы устраивают по оси проезжей части при ширине ее 7.0 - 7.5 м или параллельно оси через 3.5 - 3.75 м. Поскольку температурные швы как бы разрезают покрытие на отдельные плиты, необходимо создать условия равномерной работы смежных плит, что достигается укладкой штырей. Штыри препятствуют поперечному смещению плит у швов и вместе с тем позволяют им перемещаться в продольном направлении.

Для обеспечения водонепроницаемости  швы заполняют упругим материалом или специальной мастикой.

Сборные железобетонные покрытия.В целях индустриализации работ по устройству дорожных одежд на практике применяют изготовленные на заводах цементобетонные и железобетонные плиты прямоугольной (реже - шестиугольной) формы.

Цементобетонные плиты  слегка армируют для обеспечения их прочности при монтаже. Армирование железобетонных плит производится в целях восприятия ими растягивающих напряжений при слабых подстилающих грунтах.

Плиты доставляют на автомобилях пли тракторных прицепах к месту работ, где их снимают кранами и укладывают на подготовленное основание.

Плиты бывают следующих типов (рис.7.7)

 

Рис. 7.7 Дорожные плиты

 

Широкое применение сборных  покрытий сдерживается их высокой стоимостью и невозможностью достичь плотного прилегания нижней поверхности плиты  к поверхности основания, в результате последнего значительно снижается  качество готового покрытия, и замедляются темпы его укладки.

Для облегчения плит целесообразно  применять предварительно напряженный  железобетон.

Плиты укладывают самоходными автомобильными и гусеничными кранами. Перед укладкой поверхность основания тщательно выравнивают и уплотняют. Песчаный слой обильно поливают водой.

Покрытия сборно-разборные  из деревянных щитов и металлических  плит. В исключительно сложных климатических условиях и при избыточном увлажнении территории в целях обеспечения временных перевозок грузов могут использоваться сборно-разборные покрытия аэродромов и дорог.

Из деревянных элементов чаще всего изготавливают:

- решетчатые настилы, собираемые на месте (рис.7.8)

- сборно-разборные  покрытия из щитов, изготавливаемых  в мастерских, с безгвоздевыми соединениями между щитами, не вызывающими затруднений при сборке - разборке.

Деревянные покрытия укладывают непосредственно на спланированный и хорошо уплотненный подстилающий грунт без устройства искусственного основания.

 

Рис. 7.8 Решетчатые настилы

 

Размеры щитов 12х50х300 см. Масса - 70 кг.

Металлические плиты  бывают:

- перфорированные;

-неперфорированные со  сферическими вогнутостями и  отбортованными торцами;

- перфорированные с  уменьшенным диаметром перфораций и отбортованными торцами (рис.7.9);

- неперфорированные со сферическими выпуклостями и Т-образными зубьями;

- усовершенствованные  коробчатого сечения.

Общая площадь отверстий  составляет 30% площади плиты.

Масса одной плиты » 30 кг (27-31) в зависимости от типа.

Недостаток как деревянных, так и металлических плит:

- большая трудоемкость (ручной труд);

- небольшой срок службы  при плохом уходе (недостаточном  уходе).

 

 

Рис. 7.9 Металлические плиты

 

7.3 Пример расчета дорожного покрытия

 

Основные  положения. Дорожные покрытия по механическим свойствам разделяются на жесткие (основной слой обладает значительным стабильным сопротивлением изгибу) и нежесткие (сопротивление изгибу зависит от температуры и влажности значительно меньше, чем у жесткого покрытия).

Покрытия жестких дорожных одежд устраивают из монолитного одно- и двухслойного бетона или из железобетонных плит, уложенных на песчаное или другое основание. Расчет жестких одежд основан на теории плит, лежащих на упругом основании.

К нежестким относят  все дорожные покрытия, кроме цементобетонных. Расчет нежестких дорожных покрытий основан на использовании теории упругости и сводится к определению толщины слоев намеченных при конструировании или выбору материалов с соответствующими прочностными характеристиками. Расчет производится по трем критериям: упругому прогибу, сдвигу и растяжению при изгибе.

Влияние продолжительности  и повторности действия нагрузок от движущихся автомобилей на напряженно-деформированное состояние дорожных покрытий учитывается путем введения в расчет характеристик упруго-вязких и усталостных свойств материалов и грунтов в зависимости от особенностей работы дороги на перегонах, перекрестках и остановках.

Нежесткие дорожные покрытия на перегонах дорог (транзитное движение) рассчитывают на кратковременное многократное действие подвижных нагрузок. Продолжительность действия кратковременной нагрузки от грузового автомобиля принимают равной 0,1 с. В этом случае в расчет принимают значения модуля упругости и прочностные характеристики материалов и грунтов определенных также при продолжительности действия нагрузки 0,1 с.

Дорожные  покрытия на остановках общественного  транспорта, перекрестках дорог, на подходах к пересечениям с железнодорожными и трамвайными путями и т. д. рассчитывают на многократное кратковременное действие нагрузки, а также на продолжительное однократное нагружение, используя значения модулей упругости материалов и грунтов, определенных при продолжительности нагружения не менее 10 минут.

Расчетные нагрузки и параметры. Для автомобильных дорог общей сети  I - III  категории и внутрихозяйственных дорог за расчетный принимают автомобиль группы "А" с параметрами:

Т=100 кН - статическая нагрузка на одиночную ось;

Р=0,6 МПа -давление на покрытие;

Д=37 см - расчетный диаметр  следа колеса.

Для IV, V категории дорог за расчетный принимают автомобиль группы "Б" с параметрами:

T=60 кН; Р=0,5 МПа; Д=32 см.

Для приведения разных марок автомобилей к расчетному, установлены коэффициенты приведения.

Назначение  конструкции дорожного покрытия. Конструкцию дорожного покрытия принимают, руководствуясь типовым проектом "Дорожные покрытия автомобильных дорог общей сети" и в соответствии с намеченным видом покрытия, требуемым модулем упругости на поверхности дороги, дорожно-климатической зоной, типом местности по характеру увлажнения, видам грунта земляного полотна, наличием дорожно-строительных материалов.

На практике назначают  не менее двух вариантов конструкций  дорожных покрытий и на основании  технико-экономического сравнения  принимают лучший из них. При этом необходимо принимать конструкцию, у которой число слоев , составляющих дорожное покрытие и их толщина были бы, по возможности меньшими, а соотношение модулей упругости смежных слоев в приделах 1,5 - 3,5, но не более 6. Толщина слоев должна быть минимально допустимых значений, при которых обеспечивается их нормальная работа:

• асфальтобетон мелкозернистый, см 4-5;
• асфальтобетон песчаный, см       3-4;
• асфальтобетон крупнозернистый, см 6-7;
• щебеночные (гравийные) материалы и грунты,
• обработанные органическими вяжущими, см;    8;
• щебень, обработанный по способу пропитки, см    8;

♦ щебеночные и гравийные материалы, не обработанные

вяжущими, см         15;

♦  на песчаном основании, см       15;

♦ на прочном основании (каменном или из укрепленного

грунта), см          8;

♦ грунты или малопрочные каменные материалы, обработанные органическими или минеральными вяжущими, см    10;

Вид дорожного покрытия принимают в соответствии с категорией

дороги, интенсивностью и составом движения:

- усовершенствованный капитальный тип - на автомобильные дороги I, II, а при экономичном обосновании и на дороги III и IV категории;

- усовершенствованный облегченный тип - на дорогах III, категории и на дорогах IV категории при интенсивности движения более 500 авт./сут.;

- переходной тип - на дорогах IV категории при интенсивности менее 500 авт./сут.;

- низший тип - на дорогах V категории.

Пример  расчета нежесткого дорожного покрытия по допускаемому упругому прогибу.

 Исходные данные:

- категория  проектируемой дороги - III;

- перспективная  интенсивность движения - на 20-й год N₂₀=1800 авт./сут.;

- состав движения: ЗИЛ-13Л - 45%, МАЗ-500А - 7%, КамАЗ-511 -10%, ЗИЛ ММЗ-554 - 15%, КрАЗ-256 Б1 - 5%; автобусы ЛиАЗ-667 - 7%; легковые автомобили - 11%. Всего - 100%;

- ежегодный  прирост интенсивности движения - 10%;

- дорожно-климатическая зона - III;

- тип местности  по характеру увлажнения - I;

- вид грунта  земляного полотна - тяжелый суглинок;

- наличие  дорожно-строительных материалов - гравийно-песчаная смесь, битум, цемент, асфальтобетон;

- расчетный  автомобиль - группы "А";

- требуемый уровень надежности и соответствующий ему коэффициент прочности: К_н=0,85; К_пр=0,90 (для усовершенствованного облегченного вида покрытия).

Определение расчетной интенсивности движения и требуемого

модуля упругости:

1. Интенсивность движения грузовых автомобилей и автобусов на 
перспективный 20-й год:

2. Суммарная интенсивность движения на конец расчетного периода принимается равной:

- для дорожного  покрытия капитального типа с усовершенствованными видами покрытий - 15 лет;