15.3. Конструирование бетонных покрытий

А. Монолитные покрытия. Покрытия из неармированного цементобетона устраивают либо однослойными, либо двухслойными с верхним слоем толщиной не менее 6 см. Двухслойные покрытия применяют, как правило, при строительстве комплектом машин, передвигающихся по рельс-формам, с целью использования в бетоне для нижнего слоя менее прочных и морозостойких местных каменных материалов. Общую толщину покрытия назначают 18-24 см и более в зависимости от категории автомобильной дороги, состава и интенсивности движения автомобилей и вида материала основания.

Для предотвращения образования случайных трещин в покрытии устраивают продольные и поперечные швы. Среди поперечных швов различают швы:

• расширения;

• сжатия;

• коробления;

• рабочие.

Продольные и поперечные швы должны пересекаться под прямым углом, при этом поперечные швы располагают всегда на одной прямой по ширине покрытия. Допускается устройство поперечных швов сжатия под углом 80° к продольной оси.

Продольный шов устраивают при ширине покрытия более 4,5 м, чтобы предупредить появление извилистых продольных трещин от воздействия транспортных средств, неравномерного пучения и местной осадки земляного полотна.

Швы расширения повышают продольную устойчивость бетонного покрытия при максимальном нагреве летом. Их всегда устраивают при примыкании покрытий к мостам, путепроводам и в местах пересечения бетонных покрытий в одном уровне. Расстояние между швами расширения назначают от 16 до 110 м в зависимости от температуры воздуха во время бетонирования, толщины покрытия и климатических условий района расположения дороги. В частности, в континентальном климате расстояние между швами расширения принимается меньшим по сравнению с умеренным климатом. Меньшие расстояния принимают при меньшей толщине покрытия и более низких температурах воздуха.

При строительстве покрытий допускается не устраивать швы расширения, если толщина покрытия составляет 24 см и более, а температура воздуха во время бетонирования выше 5°С в условиях умеренного климата и выше 10°С – в условиях континентального климата.

Швы сжатия устраивают между швами расширения с целью предупреждения образования случайных поперечных трещин при совместном действии температуры, усадки бетона и нагрузок от движущихся автомобилей. Расстояние между швами сжатия (длину плиты) назначают по расчету в зависимости от толщины плиты и климатических факторов. Длину неармированных плит, как правило, назначают в пределах, указанных в табл. 15.1. Большая длина плиты соответствует надежности покрытия около 50%, меньшая – около 85% (пол надежностью подразумевается число плит без трещин в процентах от всех плит на последний год службы покрытия). Допускается уточнение длины плиты при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Таблица 15.1. Значения длин неармированных плит монолитного покрытия, м

Климат	Толщина покрытия, см
	18	20	22	24
Умеренный	4,5-5,0	5,0-6,0	5,0-6,0	5,5-7,0
Континентальный	3,5-4,0	4,0-5,0	4,0-5,0	4,5-6,0

Швы коробления размещают через один шов сжатия при длине плит менее 7 м. Их устраивают с целью повышения продольной устойчивости покрытия, уменьшения раскрытия швов и перекосов плит при температурных деформациях.

Рабочие швы устраивают по типу швов коробления в конце рабочей смены или при перерыве бетонирования покрытия более чем на 3 ч.

Для исключения образования уступов в швах и обеспечения передачи нагрузки с одной плиты на другую края плит вдоль швов (кроме швов коробления), как правило, соединяют стальными штырями (рис. 15.1, табл. 15.2).

Рис. 15.1. Схема расположения штырей в швах покрытия: 1 – шов сжатия при основания из каменных материалов и из грунтов, укрепленных вяжущими; 2 – шов расширения; 3 – шов сжатия при основании из материалов, не укрепленных вяжущими (песок, щебень, шлак, гравийно-песчаная смесь и др.); 4 – штыри

Таблица 15.2. Размеры штырей из гладкой арматуры

Тип шва	Толщина плиты, см	Длина штырей, см	Диаметр штырей, мм
Шов расширения	20-24 18	50 50	25 22
Шов сжатия	18-24	45	22
Продольный шов	18-24	75	10-12

Применяемые конструкции швов приведены на рис. 15.2, 15.3 и 15.4.

Рис. 15.2. Типовые конструкции поперечных швов расширения: а – устраиваемые в покрытии; б – перед искусственными сооружениями; 1 – штыри: 2 – каркас-корзинка; 3 – деревянная доска-прокладка; 4 – битумная обмазка; 5 – колпачок из резины или полиэтилена; 6 – мастика; 7 – воздушный зазор в колпачке; 8 – герметизирующий материал или готовая резиновая прокладка; 9 – пористый легкосжимаемый материал

Рис. 15.3. Конструкции поперечных швов сжатия и продольного шва: а – шов сжатия, устраиваемый в свежеуложенном бетоне; б – шов сжатия, устраиваемый комбинированным способом путем закладки ленты в свежеуложенном бетоне с последующей нарезкой паза в затвердевшем бетоне; в – двухступенчатый шов сжатия, устраиваемый в затвердевшем бетоне; г – продольный шов

Рис. 15.4. Шов коробления: а – размещение штырей анкеров в шве коробления; б – конструкции шва коробления: в – схема крепления штырей-анкеров к продольным стержням на длину шва 3,75 м; 1 – шов сжатия: 2 – продольный шов; 3 – шов коробления; 4 – обмазка стержней-анкеров битумом; 5 – продольные стержни из арматуры диаметром 6-8 мм; 6 – штыри анкеры из гладкой арматуры класса S300 диаметром 14-16 мм; 7 – деревянная рейка

При строительстве покрытий на дорогах II категорий с основаниями из песка и песчано-гравийных смесей края плит, примыкающие к обочинам, разрешается армировать двумя стержнями из арматуры периодического профиля диаметром 12 мм. Стержни располагают на 5 см выше подошвы плит. Первый стержень размещают на расстоянии 10 см от боковой грани плиты, а второй – на расстоянии 20 см от первого. Стержни не доводят на 50 см до поперечных швов.

Армированные покрытия используются преимущественно на автомобильных дорогах I-II категорий при интенсивности движения более 5000 авт./сут, а также на участках дорог с насыпями высотой более 3-5 м или на участках дорог индивидуального проектирования, где ожидается в процессе эксплуатации неравномерная осадка земляного полотна.

Основные принципы армирования:

• благодаря армированию покрытия удается увеличить длину плит до 20 м или несколько снизить толщину плиты (на 1-2 см) при сохранении или даже улучшении транспортно- эксплуатационных качеств покрытия;

• в условиях повышенной интенсивности движения используют армированные плиты длиной 10-20 м. На участках высоких насыпей покрытие устраивают из плит длиной 5-7 м, армированных стальными плоскими сетками, изготовляемыми на заводе или на месте строительства с продольной арматурой из горячекатаной стали периодического профиля класса S300 по СНБ 5.03.01-02 (взамен ГОСТ 5781-82);

• покрытие шириной 7-7,5 м армируют сетками не шире 2300 мм. Минимальное и максимальное расстояние между осями рабочих продольных стержней сеток допускается соответственно 100 и 200 мм. Наибольшее расстояние между осями поперечной гладкой арматуры диаметром до 6 мм не должно превышать 50 см. Сетки располагают в однослойных покрытиях на расстоянии не менее чем 8 см от поверхности покрытия. Допускается располагать сетки на уровне половины толщины покрытия, в двухслойных покрытиях – между верхним и нижним слоями;

• для более эффективной работы плит длиной 4, 5 и 6-7 м применяют плоские сетки длиной соответственно 2,5, 3,0 и 3,5 м, которые укладывают в средней части плиты с равным удалением концов сетки от середины плиты. В плитах длиной до 10 м допускается несплошное армирование. В плитах длиннее 10 м сетки размещают равномерно по ширине покрытия, не доводя до поперечных швов на 50 см.

При строительстве покрытия машинами со скользящими формами разрешается для армирования использовать только продольные стержни, располагая их в середине покрытия.

Б. Сборные покрытия. Конструкция дорожной одежды со сборным покрытием определяется на основании типовых проектных решений с учетом видов имеющихся на месте строительных материалов для устройства основания, а также исходя из назначения и условий работы плит в дорожной одежде.

Наиболее широкое применение находят сборные покрытия из предварительно- напряженных (ПДН) и ненапряженных железобетонных (ПДО) плит, типовые конструкции которых разработаны для промышленных автомобильных дорог. Особенности конструкции сборных плит ПДО (плита дорожная обычная) приведены на рис. 15.5.

Эти плиты в соответствии с «Инструкцией по проектированию жестких дорожных одежд» допускается применять только на участках с неинтенсивным автомобильным движением.

Рис. 15.5. Конструкция железобетонной плиты ПДО сборного дорожного покрытия. Рабочая продольная арматура класса S400 марки 25Г2С

Плиты ПДН и ПДО изготавливаются одного размера в плане 6х2 м и толщиной 14 см. Конструкция плит проверена на прочность и трещиностойкость на стадии распалубки, отгрузки, монтажа и транспортирования. Расчетная нормативная нагрузка 50 кН на колесо автомобиля.

Для соединения плит в покрытии между собой в них предусмотрены закладные элементы в виде горизонтально расположенных стальных скоб, спариваемых при монтаже. Стыковые скобы, устанавливаемые по длинным (продольным) граням плит, являются одновременно монтажными элементами для подъема плит краном (рис. 15.6).

Рис. 15.6. Конструкции швов сжатия и расширения сборного дорожного покрытия: 1 – анкерные стержни d=10 мм, l=250 мм; 2 – совмещенная стыковая и монтажная скоба d=20 мм, l=800 мм; 3 – шов односторонний фланговый К-6; 4 – фаски 10х10мм; 5 – битумная мастика, герметики; 6 – торцовая стыковая скоба; 7 – песчаный асфальтобетон; 8 – пескоцементная смесь; I, II – швы сжатия; III – шов расширения

Основание дорожной одежды со сборным покрытием можно устраивать из песка, щебня, гравия, песчано-гравийных смесей и грунтов, укрепленных цементом. Для обеспечения контакта плит с основанием поверх укрепленных слоев основания допускается укладывать выравнивающий слой толщиной до 5 см из смеси песка с цементом (в пропорции 8:1). Поверх основания из песчано-гравийных смесей устраивают выравнивающий слой из песка.