17) Дорожная одежда
Дорожной одеждой называется многослойная конструкция проезжей части дороги, предназначенная для движения автомобильного транспорта и передающая нагрузку от него на земляное полотно. Дорожная одежда (рис. 8) состоит из дополнительного слоя основания, основания и покрытия.
Дополнительный слой основания — это нижний конструктивный слой дорожной одежды, который воспринимает нагрузки от верхнего слоя основания и передает их на грунты земляного полотна. Устраивают дополнительный слой из гравия, шлака, грунта, обработанного вяжущим материалом, и песка. Наряду с передачей нагрузок на земляное полотно дополнительный слой выполняет функции мо-розозащитного или дренирующего слоя, предназначенного для отвода избыточной влаги из верхних слоев земляного полотна и осушения дорожной одежды.
Основание — это несущая прочная часть дорожной одежды, устраиваемая из каменных материалов или грунта, обработанного вяжущими материалами. Основание распределяет давление от проезжающего транспорта на грунт земляного полотна или нижележащие слои. Основание может состоять из одного или нескольких слоев. Так как оно не подвергается непосредственному воздействию колес автомобилей, для его устройства используют материалы несколько меньшей прочности, чем в покрытии.
Рис. 8. Конструктивные слои дорожной одежды: 1 — покрытие, 2 — основание, 3 — дополнительный слой основания, 4 — грунт земляного полотна
Рис. 9. Поперечные профили дорожных одежд: а — корытный, б — полукорытный, в — серповидный
Покрытие — это верхний, наиболее прочный, слой дорожной одежды. Он воспринимает нагрузки непосредственно от проходящего транспорта и обеспечивает необходимые эксплуатационные качества автомобильной дороги — прочность и ровность покрытия, высокий коэффициент сцепления с шинами и сопротивление изнашиванию. Покрытие часто разделяется на слой износа и основной слой. Слой износа по мере истирания периодически возобновляют.
Поперечные профили дорожной одежды (рис. 9) могут быть ко-рытными, полукорытными и серповидными. Наиболее распространен корытный.
Дорожные покрытия делятся на следующие четыре основных типа: – усовершенствованные капитальные — цементобе-тонные, асфальтобетонные, мостовые из брусчатки и мозаики на каменном или бетонном основании; – усовершенствованные облегченные — из щебеночных и гравийных материалов, обработанных битумами или дегтями; – из холодного асфальтобетона; – из грунта, обработанного в установке вязкими битумами; – переходные —щебеночные; – гравийные; шлаковые; – грунтовые, обработанные битумами или дегтями; – булыжные мостовые; -низшие — грунтовые, укрепленные различными местными материалами.
Типовые конструкции дорожных одежд приведены на рис. 10.
Дорожные одежды с цементобетонным покрытием наиболее часто устраивают на дорогах I, II и III категорий. Они включают в себя следующие конструктивные слои (рис. 10, а): монолитное цемен-тобетонное покрытие; выравнивающий слой из необработанного песка или песка, улучшенного битумом (при профилировании оснований из укрепленных грунтов выравнивающий слой не делают); основание из щебня, гравия или грунта, обработанного цементом или битумом; морозозащитный и дренирующий дополнительный слой основания.
Рис. 10. Конструкции дорожных одежд с различными типами покрытий: а — цементобетонное покрытие, б — асфальтобетонное покрытие на щебеночном основании, в — асфальтобетонное покрытие на бетонном основании, г — асфальтобетонное покрытие на грунте, укрепленном цементом, д — щебеночное покрытие с верхним слоем, обработанным методом пропитки, е — гравийное покрытие, обработанное битумом методом смешения на дороге, ж — гравийное покрытие на дороге низшей категории; 1 — цементный бетон, 2 — выравнивающий слой из песка, обработанного битумом, 3 — слой щебня, гравия или грунта, обработанного вяжущим материалом, 4 — морозозащитный слой из песка, 5 — мелкозернистый асфальтобетон, б — слой щебня, 7 — крупнозернистый асфальтобетон, 8 — грунт, укрепленный цементом, 9 — щебень, обработанный пропиткой, 10 — гравий, обработанный битумом, 11 — гравий
Цементобетонное покрытие дорог может быть армированным или неармированным, однослойным (при укладке бетонной смеси в один слой) или двухслойным (при укладке бетонной смеси в два слоя). Двухслойные бетонные покрытия позволяют использовать в бетоне для нижнего слоя менее прочные каменные материалы. Толщина верхнего слоя бетона в двухслойных покрытиях принимается не менее 6 см.
Толщина бетонных покрытий, устраиваемых на щебеночном, гравийном или укрепленном грунтовом основании для автомобильных дорог I категории, должна быть 22 см, II категории 20 см, III категории 18 см. Основания из песка допускается применять только на дорогах III категории и на отдельных участках с пониженной интенсивностью движения дорог II категории. Толщина бетонных покрытий в этом случае должна быть соответственно 22 и 20 см.
Для уменьшения напряжений в бетоне и предохранения цементобетонного покрытия от образования трещин, возникающих при изменении температуры окружающего воздуха, устраивают продольные швы и поперечные швы расширения и сжатия (рис. 11).
Продольный шов нарезают при ширине покрытия более 4,5 м, что исключает образование в покрытии продольных трещин.
Поперечные швы расширения обеспечивают продольную устойчивость покрытия при нагреве летом. Их устраивают в зависимости от температуры окружающей среды при укладке смеси примерно через 24—60 м на всю толщину плиты. При использовании безрельсовой технологии строительства покрытия швы расширения устраивают в конце каждой рабочей смены и при перебоях в подаче смеси более чем 20—30 мин.
Рис. 11. Схема расположения швов в цементобетонном покрытии: 1 — шов расширения, 2— шов сжатия, 3 — продольный шов, 4 — штыри
Поперечные швы сжатия 2 обеспечивают возможность сокращения плит при понижении температуры. Ширина шва 0,6—1 см. Их нарезают на глубину не менее 0,25 толщины покрытия и располагают на расстоянии 5—8 м один от другого. Для совместной работы плит и сохранения их взаимного положения в швы вводят стальные стержни — штыри 4, которые препятствуют смещению плит. Штыри вводят перпендикулярно поперечному шву на глубину, равную половине толщины покрытия. Для свободного перемещения одних плит относительно других в горизонтальном направлении при температурном перепаде половину штыря обмазывают битумом, чтобы исключить схватывание этой части штыря с бетоном соседней плиты. При устройстве цементобетонных покрытий на укрепленных основаниях допускается не укладывать штыри в поперечные швы. Швы заполняют водонепроницаемым материалом.
Цементобетонные покрытия устраивают с помощью комплекта машин для строительства цементобетонных дорожных покрытий.
Асфальтобетонные покрытия устраивают на дорогах категорий I—III из асфальтобетонных смесей, уложенных на прочное жесткое основание и тщательно уплотненных. Асфальтобетонные покрытия могут быть одно- и двухслойными на щебеночных, бетонных и укрепленных грунтовых (см. рис. 10, г) основаниях. Работы по устройству асфальтобетонных покрытий полностью механизированы.
Усовершенствованные черные щебеночные и гравийные покрытия (см. рис. 10, д, е, ж) устраивают с помощью пропитки или смешивания в специальных установках. Пропитка — это введение разогретых вязких битумов или эмульсий в покрытие путем розлива автогудронаторами по 0,8—1 л на 1 м2 недоукатанного слоя щебня. После этого поверхность покрытия засыпают мелким щебнем и уплотняют катками. При использовании передвижной смесительной установки гравий или щебень собирают в продольный валик автогрейдером и подают ковшовым элеваторным погрузчиком в установку. Смешанный в установке с битумом минеральный материал распределяют по основанию, планируют автогрейдером и уплотняют катками.
Основания дорожных одежд выполняют из щебня, гравия, шлака или из грунтов, укрепленных вяжущими материалами. В отдельных случаях щебеночные и гравийные основания пропитывают битумом или дегтем.
Для обеспечения круглогодичной проезжаемости независимо от условий погоды на проезжей части дороги устраивается д о-Рожная одежда (рис.5).
Дорожные одежды на автомобильных дорогах могут состоять из одного или нескольких конструктивных слоев: покрытия (верхний несущий слой, характеризующий эксплуатационно-транспортные качества проезжей части); основания (основной несущий слой, обеспечивающий устойчивость конструкций одежды); дополнительного слоя (подстилающий, несущий, выравнивающий слой).
Рис. 5. Дорожная одежда: а — с щебеночным или гравийным покрытием; б — с асфальтобетонным покрытием; в — с демеитобетониым покрытием; 1 — верхний слой; 2 —нижний слой; 3 — подстилающий слой; 4 — основание
Дорожные покрытия могут быть разделены на следующие основные типы.
Низшие — из грунтов, улучшенных гранулометрическими добавками (песка, гравия и др.); из грунтов с подобранным гранулометрическим составом.
Переходные — из естественного гравия или из искусственно подобранных по крупности гравийных смесей, из щебенок определенной формы и размеров; грунтовые, укрепленные вяжущими материалами.
Усовершенствованные облегченные — черные щебеночные и черные гравийные на основаниях: из щебня, гравия, шлака и камня, а также грунто-гравийных и грунтовых, обработанных органическими вяжущими материалами.
Усовершенствованные капитальные — цементобетонные и асфальтобетонные, черные щебеночные, мозаиковые и брусчатые мостовые на основаниях: бетонном, щебеночном, шлаковом, грунто-щебеночном и грунтовом, укрепленном вяжущими материалами.
Тип покрытия выбирают, исходя из категории и интенсивности движения.
18) искусственные сооружения на путях сообщения. Мосты. Основные характеристики мостов
19) способы проектирования проектной линии продольного профиля
Различают два метода прокладывания проектной линии — обертывающая и секущая проектировка.
Обертывающая проектная линия наносится по возможности параллельно поверхности земли, на некоторой высоте над ней.
В условиях равнинного и слабохолмистого рельефа такое проектирование в сочетании с вписыванием в элементы рельефа при трассировании дороги позволяет получить достаточно хорошо осушаемое земляное полотно.
В условиях холмистого, сильно пересеченного рельефа при обертывающем проектировании продольный профиль дороги получается с частыми переломами (пилообразный профиль), что затрудняет движение автомобиля на высоких скоростях, снижает его среднюю скорость движения и приводит к перерасходу топлива.
В связи с этим при проектировании дорог высших технических категорий в условиях холмистого, пересеченного рельефа отказываются от проектирования по обертывающей. Проектную линию в этом случае чаще проводят по принципу секущей, увеличивая длину участков с однообразным уклоном между смежными переломами проектной линии (шаг проектирования). Повышение стоимости строительства, вызываемое возрастанием объема земляных работ, при этом обычно быстро окупается за счет снижения расходов на перевозки при повышенных скоростях движения автомобилей.
Положение проектной линии, проведенной по принципу секущей, должно по возможности обеспечивать баланс объемов земляных работ в смежных насыпях и выемках для того, чтобы использовать продольное перемещение грунта из выемок в насыпи. В ряде случаев, сочетая вписывание трассы в рельеф местности с проектированием продольного профиля плавными кривыми, удается избежать больших насыпей и выемок, присущих методу секущего проектирования продольного профиля.
При проектировании сельскохозяйственных дорог проектную линию целесообразно наносить по обертывающей как в равнинной, так и в пересеченной местности. Стоимость земляных работ при этом значительно уменьшается, а некоторое снижение средней скорости автомобилей не имеет существенного значения ввиду небольшой интенсивности движения.
До нанесения проектной линии на продольном профиле должно быть определено местоположение всех искусственных сооружений. Отметки проезжей части этих сооружений являются своеобразными контрольными точками для нанесения проектной линии. К контрольным точкам относятся также минимальные отметки бровок земляного полотна на затопляемых поймах, при пересечении болот и т. п., а также отметки существующих сооружений, переустройство которых нежелательно, как, например, отметки головки рельсов и оси проезжей части пересекаемых в одном уровне железных и автомобильных дорог; отметки поверхности улиц, примыкающих к дороге или пересекаемых ею, и т. д.
Дорогу целесообразнее всего прокладывать в насыпи, если это возможно по условиям рельефа. Земляное полотно в насыпи характеризуется лучшим поверхностным водоотводом, скорее просыхает и менее заносится снегом, чем в выемке. При обеспеченном поверхностном водоотводе, отсутствии грунтовых вод и удовлетворительном качестве грунтов земляное полотно на участках, не подверженных снеговым заносам, устраивается в невысокой насыпи, высота которой определяется из условия расположения основания дорожной одежды выше поверхности земли.
При неблагоприятных климатических, грунтовых и гидрогеологических условиях и при необеспеченном поверхностном стоке рабочие отметки насыпи назначаются с таким расчетом, чтобы предохранить верхнюю часть земляного полотна от переувлажнения. Поэтому до нанесения проектной линии необходимо установить целесообразные минимальные значения высоты насыпей, которые могут быть различными для различных участков одной дороги.
На участках с затяжными уклонами значительной величины рекомендуется через каждые 1000 м проектировать разделительные площадки длиной не менее 50 м с уклоном не свыше 20°/оо. Их назначение — облегчить работу двигателя и обеспечить большую безопасность движения. В целях безопасности движения следует избегать сочетания крутых уклонов и кривых малых радиусов в плане.
В случае невозможности избежать применения кривых малых радиусов (<50 м) максимальный уклон следует уменьшить.
Проектная линия на продольном профиле наносится на основании изложенных выше принципов с учетом отметок контрольных точек и целесообразных минимальных значений высоты насыпи на различных участках дороги.
В процессе нанесения проектной линии приходится решать ряд частных задач, например:
а) вычисление промежуточных проектных и рабочих отметок (между переломами проектной линии);
б) определение места выхода на поверхность земли проект-
ной линии, имеющей заданный продольный уклон;
в) нахождение точки перехода из выемки в насыпь;
г) определение длины углубленного кювета и т. п.
Эти задачи решаются аналитически после определения рабочих отметок на основании простых геометрических построений.
Нанесение проектной линии в условиях сильно пересеченного и горного рельефа представляет собой сложную и трудоемкую технико-экономическую задачу, правильное решение которой возможно только на основании вариантного проектирования.
Современная счетно-вычислительная техника дает возможность быстрого и рационального проектирования продольного профиля на электронных вычислительных машинах.
Могут быть получены целесообразные варианты проектных линий при различных заданных условиях, определены проектные отметки и скорости движения автомобилей на каждом пикете . Программа для работы этих машин предусматривает информацию о поверхности земли по оси трассы и систему расчета элементов проектной линии с учетом скорости движения автомобиля и обеспечения безопасности движения. Проектирование продольного профиля на электронных машинах дает возможность быстро найти вариант проектной линии, наиболее отвечающей заданным условиям (минимум земляных работ; наименьший расход топлива при проезде расчетного автомобиля; наибольшая средняя скорость движения).
По данным продольного профиля и поперечным профилям производится подсчет объемов земляных работ, необходимый для составления плана организации работ и сметы .