книги из ГПНТБ / Круглов, Евгений Николаевич. Устройство швов в цементобетонных дорожных покрытиях

Экземпляр

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕ; ьсддед

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

СОЮЗДОРНИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО

Е. Н. КРУГЛОВ и Э.-Я. р. ПИНУС

УСТРОЙСТВО швов

В ЦЕМЕНТОБЕТОННЫХ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЯХ

МИНИСТЕРСТВА АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА И ШОССЕЙНЫХ ДОРОГ РСФСР

Москва 1960

КОНСТРУКЦИИ швов

Швы являются наиболее слабыми конструктивными элементами цементобетонных покрытий. Находясь на стыках смежных плит, они в процессе эксплуатации покрытия в наибольшей мере подвер­ гаются воздействию внешних нагрузок от проходящего транс­ порта и атмосферных влияний.

Уязвимость швов, определяемая их конструктивными особенно­ стями, увеличивается некачественным устройством швов в процессе строительства.

От качества устройства швов во многом зависят долговечность и эксплуатационные показатели покрытия.

Именно этим объясняется то большое внимание, которое уде­ ляют швам при строительстве и эксплуатации дорожных и аэро­ дромных цементобетонных покрытий.

между отдельными элементами заполняли грунтом. В 1871 г. был выдан первый патент на материалы для заполнения швов между плитами, в котором было предложено в качестве заполнителя использовать водонепроницаемые материалы (смолу, деготь, ре­ зину и т. п.).

Так как бетонную смесь при строительстве покрытий в то вре­ мя готовили и укладывали вручную и в незначительных объемах,

протяженность участка, построенного • за день, была небольшой, и швы получались на расстояниях, равных длине участка, уложен­ ного за день. Опасных напряжений в покрытиях поэтому ни от температурных влияний, ни от усадки не появлялось. С увеличе­ нием объемов строительства и с возрастанием длины участков, по­ строенных за день, в покрытиях после 3—5 лет эксплуатации стали

появляться поперечные трещины. С целью устранения опасных напряжений, возникающих при колебаниях температуры, и для направленного образования трещин в бетонных покрытиях стали устраивать поперечные швы. Для обеспечения водонепроницаемо­ сти швы заполняли соответствующими материалами. Отсутствие на дорогах тяжелого движения исключало необходимость устройства, передающего давление от колес проезжающего экипажа на сосед­ ние плиты, поэтому конструкции первых швов не предусматривали приспособлений для соединения смежных плит с целью их совме­ стной работы. Преобладание на дорогах экипажей на металличег

4

ских шинах, интенсивно разрушающих кромки швов, вызывало необходимость усиления кромок металлическими выпусками силь­ но развитой верхней части конструкции соединения плит.

Вопросами передачи и распределения нагрузки между плитами

не занимались до 1914—1918 гг., т. е. до появления тяжелых авто­ мобилей. Из конструкций соединения плит этого периода наиболь­ ший интерес представляет первое штыревое соединение в виде металлического стержня, имеющего на концах колпачки, которые обеспечивают возможность горизонтального перемещения плит.

Стержень во избежание коррозии изолирован.

С 1918 г. начинаются интенсивные поиски лучшего варианта конструкции соединения плиг, обеспечивающего передачу давления на соседнюю плиту. За этот период было предложено очень боль­

шое количество вариантов соединения плит, но в большинстве слу­ чаев эти конструкции были дорогостоящие и непрактичные. Появи­ лись соединения с применением листового, прокатного и литого

металла достаточно сложной конструкции, а также соединения с бетонными вкладышами, сборными бетонными опорами, деревян­ ными шпонками.

Дальнейшие исследования показали, что соединения с бетон­ ными вкладышами эффективны только при толщине покрытия бо­ лее 24 см.

Отсутствие теории расчета конструкций соединения плит яви­ лось тормозом в развитии строительства цементобетонных дорож­ ных покрытий. Конструкции назначали интуитивно, без какоголибо теоретического обоснования.

В настоящее время разработаны требования, предъявляемые

кконструкции соединения плит:

1.Обеспечивать передачу давления от нагрузки на соседнюю

плиту, при этом распределение давления не должно вызывать вы­ соких местных напряжений.

2.Не снижать эксплуатационных качеств дорожного покрытия.

3.Быть экономичной.

4.Просто устанавливаться в бетонируемое покрытие.

5.Швы должны быть водонепроницаемые.

6.Не препятствовать раскрытию швов при горизонтальных пере­ мещениях плит, обладать высокой устойчивостью под действием нагрузки и соответствовать по прочности проектной нагрузке.

7.Не подвергаться коррозии.

8.Быть простой, легко монтируемой и достаточно жесткой,

чтобы не смещаться во время бетонирования.

Исследованиями, проведенными в СССР, США, Германии, Анг­

лии, и на основе большого практического опыта строительства и эксплуатации цементобетонных дорожных покрытий установлено,

что указанным требованиям в наибольшей степени отвечает шты­ ревое соединение плит. Поэтому такое соединение, несмотря на некоторые присущие ему недостатки, получило широкое распрост­ ранение в практике строительства цементобетонных покрытий поч­ ти во всех странах мира.

5

Таблица 1

прибавлять 6—8 см, т. е. величину длины колпачка.

Втабл. 1 приведены данные, опубликованные в США в 1956 г.

Взависимости от нагрузки, толщины плиты, несущей способности

основания, расстояния между штырями в плане дается длина и

диаметр штырей.

Исследовательские работы в различных странах дают прибли­

зительно одинаковые результаты, но в практике строительства

в разных странах применяют весьма различные размеры штырей по длине и диаметру, а также расстояния в плане между швами расширения и сжатия. Стабильным является только расстояние между штырями, которое для швов расширения принято равным

20—40 см.

Диаметры штырей в швах расширения приняты: в США —

19—37,5 мм, в Германии — 20—30 мм, в Англии — 18 мм и более,

в Швейцарии — 14—20 мм, в Швеции — 19 мм, в СССР — 20—

25мм.

В1955—1957 гг. в Союздорнии проведены экспериментальные

и теоретические исследования штыревых соединений плит. Данные этих исследований приведены в статье «Расчет штырей в швах це­ ментобетонных покрытий», опубликованной в сборнике статей

Союздорнии «Бетон в дорожном строительстве» (Автотрансиздат,

1958).

Основной недостаток штыревого соединения — расходование дефицитного материала (металла) вызывает необходимость даль­ нейших поисков новых вариантов соединения плит.

В ГДР в 1954 г. разработана и проверена конструкция соедине­ ния плит, представляющая собой вкладыши из фарфора или литого камня.

Швы цементобетонных покрытий классифицируются по конст­ рукции и по размещению в плане покрытия. По конструкции швы

6

разделяются на швы расширения и швы сжатия. В зависимости от

своего расположения в покрытии швы бывают поперечными и про­ дольными.

Основным назначением шва расширения является обе­ спечение возможности изменения в размерах плит при повышении температуры. Швы расширения устраивают также при примыкании дорожного полотна к искусственным сооружениям с тем, чтобы избежать их деформации при удлинении плит.

Швы расширения выполняют также функцию швов сжатия.

Назначением шва сжатия является ограничение растягивающих напряжений при укорочении плит. Шов сжатия обычно устраивают по типу «ложного шва», т. е. нарезкой на поверхности покрытия паза примерно на Vs толщины плиты.

Продольный шов служит для предотвращения появления продольных трещин в плитах при осадке и вспучивании земляного полотна. Шов устраивают при ширине покрытия свыше 4,5 м.

Рабочий шов-— это шов, устройство которого вызывается необходимостью продолжительной приостановки работ, например,

окончание рабочего дня, неисправность оборудования или задерж­

ка в подвозке бетонной смеси. Как правило, в конце смены рабо­ чий шов устраивают как шов расширения, в остальных случаях он

может быть выполнен как шов сжатия.

Швы расширения устраивают на всю толщину плиты и по всей ширине покрытия.

Для обеспечения свободного перемещения концов плит в покры­ тии оставляют паз, заполняемый упругим материалом (деревом, прессованными опилками, пробкой, фиброй, фанерой, битумными

мастиками и т. д.), который не должен пропускать поверхностную воду. Ширину шва назначают в зависимости от длины плиты, ам­ плитуды колебаний температуры в районе строительства, характе­ ристики заполнителя шва. Швы сжатия устраивают на всю ширину

покрытия, глубину шва обычно принимают равной Vs толщины

плиты.

Паз нарезают для уменьшения рабочего сечения бетонной пли­ ты с тем, чтобы при сжатии бетона трещины образовывались в ме­ сте нарезки. Для направленного образования трещины на основа­ ние покрытия устанавливают рейку или брусок (дерево, асбесто­ цемент) .

Исходя из теоретической схемы работы шва сжатия, ширина паза может быть равной нулю, но, учитывая способы устройства и возможность заливки паза изолирующими материалами, практи­ чески ширину паза шва принимают равной 8—12 мм.

Для совместной работы смежных плит под нагрузкой в швах расширения и сжатия устанавливают приспособления для передачи нагрузки с края одной плиты на другую. Обычно эти приспособле­ ния — штыри, установленные по всей ширине плиты в середине ее

толщины на поддерживающих каркасах — «корзинках». Иногда

устраивают швы расширения на бетонных подкладках (рис. 1). Такие швы лучше, чем штыревые, обеспечивают горизонтальное

7

перемещение плит.. Но швы на подкладках не обеспечивают совме­ стную работу плит при вспучивании, что и ограничивает их при­ менение.

Верхнюю часть паза швов расширения и паз швов сжатия зали­ вают гидроизолирующим материалом (обычно битумными масти­ ками) для предотвращения просачивания влаги с покрытия в осно­ вание через шов.

Основной частью типовой конструкции шва расши­ рения (рис. 2) (по ВТП 102—57), применяемой при строительстве цементобетонных дорожных покрытий, является штыревое соедине­ ние, состоящее из металлического штыря длиной 40 см, укреплен­ ного в проектном положении каркасом. Диаметр штыря назначают в зависимости от толщины плиты:

Прокладку шва расширения изготавливают из древесины мяг­ ких пород. Для предотвращения смещения прокладки во время бе­ тонирования ее закрепляют при помощи металлических штырей или подкосами с подкладками.

На глубину 3 см паз шва расширения заливают битумной ма­ стикой.

Величина расстояния между швами расширения в плане дороги до настоящего времени не установлена достаточно точно. Наиболее характерен в этом отношении пример строитель­ ства дорог в США. В США до 1934 г. не было строго определенных

требований по устройству швов расширения. В 1934 г. Бюро Госу­

дарственных дорог издало правила, по которым швы расширения

разрешалось устраивать не реже чем через 30 м на всех дорогах союзного значения. Эти правила просуществовали несколько лег. В настоящее время в США разрешено устройство швов в бетонных покрытиях различными способами, испытанными и проверенными на практике. Не менее 6 дорожных отделов в разных штатах строят

в