31.Конструкции дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями; ус­ловия прочности и надежности асфальтобетонных покрытий.

Конструкции дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями не­прерывно изменяются в связи с тем, что транспортные нагрузки и интен­сивность движения постоянно увели­чиваются.

Сравнительно недавно двухслой­ные асфальтобетонные покрытия толщиной 9—10 см на щебеночном основании 18—25 см применяли на дорогах высоких категорий. Теперь такие конструкции пригодны только для дорог III и IV категорий, а на дорогах II и I категорий кон­струкции стали более мощными; в двухслойном основании обязательно укрепляют верхний слой, суммарная толщина черных слоев равна 17— 25 см.

Расширяя перечень материалов, применяемых в слоях оснований, кроме щебня и гравия, теперь приме­няют бетон обычный и тощий, щебе­ночные материалы, укрепленные ма­лыми (4—6 %) дозами цемента, гранулированными доменными шла­ками, битумоминеральные смеси и щебень, обработанный органически­ми вяжущими, широкий круг укреп­ленных малопрочных каменных мате­риалов и промышленных отходов.

Ввиду разнообразия конструкций возникла необходимость разработки требований к свойствам материалов в основаниях, обеспечивающих наи­лучшее взаимодействие с асфальто­бетонным покрытием.

Сроки службы асфальтобетонных покрытий зависят не только от ка­чества асфальтобетона, но и от кон­струкции дорожной одежды. Одина­ковое по качеству асфальтобетон­ное покрытие по-разному работает на различных основаниях. Так, в ас­фальтобетонных покрытиях, уложен­ных на основания из бетона или из каменных материалов, укрепленных цементом и другими минеральными вяжущими, появляются трещины из-за теплофизической несовмести­мости материалов покрытия и основания: коэффициенты линейного тем­пературного расширения этих мате­риалов разнятся в несколько раз. Вследствие этого швы и трещины в бетонных или цементированных осно­ваниях повторяются и в асфальтобе­тонных покрытиях.

Щебеночные основания лишены этого недостатка, однако они подвер­жены неравномерным усадкам, про­исходящим из-за взаимного переме­щения зерен щебня под влиянием многократных воздействий тран­спортных нагрузок.

Наибольшим теплофизическим сродством обладают слои покрытия и основания из асфальтобетона и материалов, укрепленных битумом или дегтем, поэтому такие конструк­ции дорожных одежд, работают без деформаций продолжительное время в любых эксплуатационных условиях и при самых больших транспортных нагрузках.

Многообразие материалов, ис­пользуемых для строительства до­рожных одежд с асфальтобетонными покрытиями, заставляет руководст­воваться рядом правил при конструи­ровании и строительстве слоев пок­рытий и оснований.

Выбирая конструкцию дорожной одежды нежесткого типа, руковод­ствуются следующими соображе­ниями. Во всех слоях дорожной одежды должны быть широко использованы местные каменные и вяжущие мате­риалы с предварительной их обра­боткой или укреплением. Эффектив­ны основания из укрепленных грун­тов.

Покрытия и верхние слои основа­ний испытывают значительные нап­ряжения растяжения и температур­ные воздействия, поэтому они долж­ны быть монолитными, водо-, морозо- и термостойкими.

На магистральных дорогах с тя­желым и скоростным движением основания строят преимущественно из укрепленных материалов. Щебе­ночные материалы должны быть уло­жены по принципу заклинки.

Для ограничения развития тре­щин в основаниях из укрепленных грунтов отдают предпочтение ком­плексным или малоусадочным вяжу­щим и устройству теплозащиты над материалами, укрепленными неорга­ническими вяжущими.

Для предотвращения появления копирующихся трещин на покрытии, над трещинами или швами в осно­вании минимально допустимая тол­щина слоев, содержащих органи­ческие вяжущие, должна быть не менее 16 см на дорогах I кате­гории, 12 и 10 см на дорогах соот­ветственно II и III, IV категорий.

Асфальтобетонные покрытия на бетонных или цементированных ос­нованиях целесообразно применять в районах с теплым климатом, на ос­нованиях из материалов с битумом — в любых климатических условиях.

Уменьшение числа слоев зна­чительно сокращает сроки разверты­вания (и соответственно свертыва­ния) частных потоков, облегчает организацию строительства, сокра­щает его сроки, а главное — сокра­щает разнообразие требуемых ком­плектов машин, дает экономию в затратах труда и машино-смен.

Применительно к выбранной кон­струкции назначают вид и тип ас­фальтобетонной смеси. Так как сос­тав смеси и требуемые материалы определяют ее стоимость, то при уточнении конструкции, назначении толщины слоев одежды проводят технико-экономические расчеты.

Одна строительная стоимость не оп­ределяет целесообразность данной конструкции, и для полного комплек­сного технико-экономического обос­нования определяют приведенную стоимость с учетом возможных сро­ков службы. Срок службы дорожной одежды исчисляют до проведения капитального ремонта, при котором производят перестройку всей дорожной одежды, а асфальтобетонного покрытия — до проведения среднего ремонта, при котором усиливают или укладывают новый слой покрытий. Сроки между средними ремонтами для финансирования этих работ установлены 6 лет.

При определении приведенной стоимости учитывают также все рас­ходы по текущему ремонту покры­тия (заделка трещин, выбоин, прида­ние шероховатости и другие работы). Прочность дорожной одежды с ас­фальтобетонным покрытием в значи­тельной степени зависит от проч­ности и сдвигоустойчивости основа­ния. Основание назначают с учетом наличия в первую очередь местных материалов и возможности укрепле­ния грунтов с расчетом обеспечить работу асфальтобетонного покрытия под воздействием автомобилей и природных факторов. Основание должно быть ровным с таким же поперечным профилем, какой задан для покрытия.

Из соображений постепенного снижения прочности по слоям от верхнего до нижнего наиболее широ­ко применяют одежды из двух слоев покрытия, двух слоев основания и подстилающего или дренирующего слоя. Многослойность требует разно­образия материалов и машин, удли­няет поток и вызывает многократ­ное проведение работ на одной и той же захватке.

При строительстве дорожной одежды с асфальтобетонным покры­тием соблюдают следующие условия. Слои асфальтобетона до 5—6 см укладывают только на основания, построенные из минеральных мате­риалов, обработанных битумом или эмульсией. Также следует учиты­вать, что надо достигнуть прочной связи между асфальтобетоном и основанием. Трещиноустойчивым слоем из материалов, обработанных битумом, будет единый слой толщи­ной не менее 12—15 см. При укладке асфальтобетона на щебеночные или гравийные основания, не обработан­ные вяжущими, поверхность верхнихслоев основании не расклинивают мелким минеральным материалом (мельче 5 мм). При прочих равных условиях следует отдавать предпоч­тение основаниям из материалов, об­ладающих малой теплопровод­ностью, достаточно высокой проч­ностью, технологичностью при их строительстве и допускающих дви­жение строительных автомобилей и дорожных машин во время произ­водства работ. В большей степени этим требованиям отвечают основа­ния из материалов, обработанных органическими вяжущими.

При сокращении числа слоев це­лесообразно ограничиться двумя слоями из материалов с применением битума. Возможно верхний слой ас­фальтобетона большей толщины укладывать на слой из щебеночных, гравийных и других минеральных ма­териалов, как обработанных биту­мом, дегтем или эмульсией, так и не обработанных вяжущими.

В последние годы в основаниях применяют тощий бетон. В целях улучшения водно-теплового режима, способствующего большей трещино-и термостойкости покрытий, целе­сообразно устройство оснований из стиропорбетона, т. е. бетона со стиропоровым заполнителем, обла­дающим меньшей массой и низкой теплопроводностью.

В конструкциях дорожной одеж­ды из трех слоев в дорожно-кли-матических зонах и на участках дорог, не требующих дренирующего песчаного слоя (см. рис. 19.1), или в тех случаях, когда предусмотрен теплоизолирующий слой, уклады­вают один асфальтобетонный слой толщиной более 15 см на одном из приведенных типов оснований.

Строительство асфальтобетонных покрытий из смесей с щебнем боль­шой прочности может быть неэконо­мично в районах, где отсутствуют такие каменные материалы. Поэтому предпочтительным вариантом пос­ледней конструкции будет строитель­ство однослойного покрытия из асфальтобетона III марки, но с втапливанием в его поверхность проч-лого щебня.

Необходимо учитывать, что при строительстве укрепительных полос одновременно с покрытием целесооб­разно для выделения их поверхности по цвету производить втапливание в них щебня из светлых материалов. Основание под асфальтобетонное покрытие должно быть на 15—20 см шире покрытия.

В летние месяцы температура покрытий с органическими вяжущи­ми может достигать 60 °С, а на юге 70 °С, особенно в районах городских застроек, где продувание значитель­но меньше, чем на загородных доро­гах. Такая температура держится обычно не более 6—7 ч в день, но на юге может продолжаться несколь­ко дней подряд.

Механическая схема воздействия внешних сил на покрытие приведе­на на рис. 19.3. На покрытие толщи­ной h воздействует вертикальное усилие Q, передаваемое через пло­щадь соприкасания сдвоенного или одиночного колеса автомобиля D. Удельное давление может быть при­нято равным давлению воздуха в ши­не, умноженному на коэффициент 1,2, за счет жесткости покрышки. Другими словами, вертикальное удельное давление Q, равное 0,5— 0,8 МПа, действует на площадь кру­га, равновеликого следу колеса, диаметр которого для тяжелых авто­мобилей меняется в узких пределах от 30 до 36 см и в среднем может быть принят равным 33 см (рис. 19.3, а).

Кроме вертикального давления, колесо создает еще тангенциальное усилие за счет торможения, трога-ния с места и перемены скоростей на перегоне (рис. 19.3,6). Наиболь­шего значения это усилие достига­ет при внезапном торможении (на перекрестках). При движении авто­мобиля продолжительность верти­кального давления составляет доли секунды, а тормозное усилие — не более секунды. При стоянках вертикальное давление действует в течение ряда секунд, но все же время нагружения протекает настолько быстро, что при одном приложении нагрузки пластичные свойства пок­рытия не успевают проявиться пол­ностью.

Волны и сдвиги на некоторых покрытиях и результаты лаборатор­ного определения деформации при повторных кратко воздействующих напряжениях показывают, что повто­ряющиеся нагрузки оказывают на пластичное покрытие даже большее воздействие, чем постоянно дейст­вующая нагрузка той же продолжи­тельности («расшатывание структу­ры»). Под воздействием вертикаль­ных и горизонтальных усилий в слое покрытия возникают нормальные и касательные напряжения, которые и вызывают вмятины, сдвиги и волны.

Во всех случаях нужно рассмат­ривать многократное приложение нагрузки, складывая время действия повторяющихся нагрузок, т. е. дефор­мирование, при очень малых скорос­тях с учетом дополнительного эффек­та от повторения, увеличивающего деформации при одинаковой про­должительности воздействия.

Коэффициент повторности К, на который надо умножать действую­щую нагрузку, можно принять рав­ным (0,5-^0,4) \gn (n — число пов­торных воздействий расчетных авто­мобилей за наиболее жаркий пе­риод). Ориентировочно /(=l,5-f-2 в зависимости от климата (числа жарких дней) и интенсивности дви­жения.

В итоге можно рассматривать устойчивость пластичного слоя на жестком основании как сопротивле­ние воздействию медленно действую­щих нагрузок, увеличенных на коэф­фициент повторности. Длительностьнагружения (следовательно, и ско­рость деформации) принимают исхо­дя из интенсивности движения и продолжительности высокой темпе­ратуры. При этом устойчивость мо­жет быть нарушена (предельное состояние) за счет скольжения плас­тичного слоя по основанию или сдвигов в самом пластичном слое.

Чем тоньше пластичный слой и меньше его сцепление с основанием, тем вероятнее первый случаи. Наобо­рот, чем толще пластичный слой и лучше его сцепление с основанием, тем больше данных для возникнове­ния второго случая.

Следует рассмотреть две возмож­ные схемы воздействия: при тормо­жении автомобиля и при сравни­тельно длительных стоянках на одном месте без воздействия гори­зонтальных сил.

Удельное горизонтальное усилие o) = Yo- Коэффициент у0 равен при­мерно 0,25—0,3 при медленном тор­можении, перемене скорости и трога-нии с места; может достигать 0,75 при внезапном торможении по сухой по­верхности асфальтобетона. Послед­нее значение коэффициента нужно принимать как расчетное только в исключительных случаях многократ­ного внезапного торможения на од­ном месте.